控制工程在機械電子工程中的應(yīng)用

任冬法

摘? 要：近年來，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，使機械電子工程在科學(xué)技術(shù)的帶動下取得了巨大的進步，尤其是在機械電子控制方面，為機械電子工程的快速發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。控制工程與機械電子工程有著密切的關(guān)系，利用科學(xué)技術(shù)來對控制工程進行不斷的優(yōu)化與改進，必將帶動機械電子工程的進步與發(fā)展。鑒于此，該文闡述了控制工程的內(nèi)涵，分析了控制工程在機械電子工程中發(fā)揮的作用，最后對控制工程在機械電子工程中的具體應(yīng)用進行深入的探討，以期能夠促進控制工程與機械電子工程之間的快速融合，實現(xiàn)機械電子工程的智能化、自動化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：控制工程? 機械電子? 應(yīng)用

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）04（a）-0022-02

自第一次工業(yè)技術(shù)革命以來，控制理論便已經(jīng)產(chǎn)生，在那時，人們在對蒸汽機進行改良時，便嘗試運用控制理論，利用離心式非錘調(diào)速器來對蒸汽機的轉(zhuǎn)速進行控制，從而使蒸汽機得以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。隨著時代的發(fā)展，工業(yè)水平的快速提升，使人們對控制理論的研究變得越來越深入，這也使控制理論變得越來越系統(tǒng)化、科學(xué)化。21世紀(jì)的到來，使人們迎來了信息時代，這也使控制技術(shù)取得了飛速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，在控制技術(shù)的帶動下，各個領(lǐng)域的技術(shù)水平都得到了極大提高，特別是計算機控制技術(shù)的出現(xiàn)，在我國現(xiàn)代社會發(fā)展中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，并促進了機械電子工程的智能化轉(zhuǎn)變。

1? 控制工程的內(nèi)涵

控制理論作為控制工程中的基本指導(dǎo)思想，其是在計算機技術(shù)與信息技術(shù)的基礎(chǔ)上形成的一門學(xué)科，控制工程可實現(xiàn)對機械設(shè)備的自動化操控與管理，這也是控制工程的內(nèi)涵所在。隨著人們對控制理論研究的不斷深入，越來越多的控制技術(shù)出現(xiàn)在人們眼前，這也使控制技術(shù)的應(yīng)用范圍變得更加廣泛，尤其是在機械制造中扮演著至關(guān)重要的角色，通過控制技術(shù)的應(yīng)用，可使機械制造流程具有自動化特點。機械電子工程結(jié)合了電子工程與機械工程的所有技術(shù)，相比于以往的機械工程，機械電子工程具有明顯的綜合性與融合性特點，可大幅提高產(chǎn)品的制造質(zhì)量與生產(chǎn)效率。由于在機械電子工程中需要應(yīng)用許多現(xiàn)代化技術(shù)，這也使控制工程的應(yīng)用水平將直接影響到機械電子工程的穩(wěn)定運行。

2? 控制工程在機械電子工程中發(fā)揮的作用

在機械電子工程中，控制工程在其中發(fā)揮著重要的作用，這些作用主要體現(xiàn)在以下方面：其一，相比于以往的機械工程來說，控制工程有著本質(zhì)的不同，控制工程可采用多種控制技術(shù)來確保機械電子工程完成指定的目標(biāo)任務(wù)，這些控制技術(shù)擁有很強的應(yīng)用性與操作性;其二，控制工程在操作方式上非常便捷，而且使用性能非常優(yōu)異，在空間結(jié)構(gòu)上也較為簡單，這使其能夠有效解決生產(chǎn)過程中遇到的各種復(fù)雜問題，通過對機械技術(shù)進行綜合實踐與理論論證，以此獲得令人滿意的控制效果;其三，空間線性方程是機械電子工程對控制工程進行應(yīng)用的理論依據(jù)，其在解決非線性及多輸入等復(fù)雜問題中有著巨大的應(yīng)用優(yōu)勢，這使其在機械工程活動中發(fā)揮著極為重要的作用，并為控制工程的實踐與論證提供了大量關(guān)于技術(shù)層面與理論層面的支持。

3? 控制工程在機械電子工程中的應(yīng)用分析

隨著現(xiàn)代化社會的發(fā)展，控制工程與機械電子工程的結(jié)合變得越來越緊密，這也使其在機械電子工程中發(fā)揮著越來越重要的作用。與此同時，人們對控制工程的核心控制技術(shù)也進行了更加深入的研究，并致力于將其有效應(yīng)用于機械電子工程中，這些核心控制技術(shù)主要包括智能控制技術(shù)、魯棒控制技術(shù)、模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、預(yù)測控制技術(shù)等。以下便對這些控制工程中的核心技術(shù)在機械電子工程中的相關(guān)應(yīng)用進行深入的分析。

3.1 智能控制技術(shù)

近年來，智能化技術(shù)的飛速發(fā)展，使其與計算機技術(shù)之間有了密切的結(jié)合，從而形成了以智能化技術(shù)為核心的智能控制系統(tǒng)。智能控制系統(tǒng)作為計算機技術(shù)與人工智能技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物，可實現(xiàn)對機械電子工程的智能化模擬和控制，這種智能化是對人工操作方式及思維模式進行模擬而實現(xiàn)的，通過智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可使智能機器人在操作過程中能夠像人一樣進行自動操作和控制。智能控制系統(tǒng)在控制過程中，會對所需信息進行自主采集，并通過對這些信息進行處理，按照人類大腦的思維模式，以此模擬出對應(yīng)的操作控制方式。由此可見，信息時代的發(fā)展，使各個行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)變已經(jīng)成為未來的必然趨勢，而智能控制系統(tǒng)也得以在各個領(lǐng)域中得到有效運用，相比于以往的生產(chǎn)方式，不僅大幅提高了生產(chǎn)效率，減輕了操作人員的勞動強度，也大幅降低了違規(guī)操作與誤操作的發(fā)生幾率，并且由智能控制系統(tǒng)對各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行嚴(yán)格的控制，還可使生產(chǎn)成本得到有效節(jié)約。

3.2 魯棒控制技術(shù)

魯棒控制技術(shù)作為控制工程中的核心技術(shù)，在機械電子工程中也同樣發(fā)揮著重要的控制作用。魯棒控制技術(shù)是以控制器為載體來進行控制的，通過對控制器按照相應(yīng)的性能指標(biāo)進行設(shè)計，可實現(xiàn)對控制問題的有效轉(zhuǎn)化，從而使復(fù)雜的控制問題轉(zhuǎn)變成較為簡單的問題進行解決。在控制系統(tǒng)中，其魯棒性特征體現(xiàn)在外界存在干擾源時，能夠確保系統(tǒng)的運行性能不會受到干擾源的干擾，使其始終保持著相應(yīng)的性能來穩(wěn)定運行。正是由于魯棒控制系統(tǒng)所具有的穩(wěn)定控制作用，使其廣泛應(yīng)用于機械制造領(lǐng)域。例如，在對柔性臂進行制造時，為了確保控制系統(tǒng)對柔性臂軌跡的穩(wěn)定控制，在對魯棒控制器進行設(shè)計時，往往要采用滑模變結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是以Hx控制理論為指導(dǎo)來確定的，在此過程中，需要利用補償控制算法進行計算，使滑膜結(jié)構(gòu)能夠按照Hx控制理論的要求來對柔性臂軌跡進行組合性控制，這樣便可確保電子機械工程得以穩(wěn)定運行。

3.3 模糊控制技術(shù)

在機械工程中涉及到眾多的加工步驟，這也使機械工程需要進行繁瑣的操作，大大增加了操作的不便性，而僅僅采用傳統(tǒng)的控制方法，對機械工程模型進行構(gòu)建，往往難度會非常大，并且也使工程人員的勞動強度大幅增加。因此，要想簡化機械工程的控制流程，僅僅依靠傳統(tǒng)的控制方法，利用模型進行控制是遠遠不夠的，而且控制效果也不夠理想。因此，對于這類控制問題，可通過模糊控制技術(shù)進行解決，模糊控制技術(shù)可簡化原本較為復(fù)雜的問題。而以往的控制方法，則往往需要根據(jù)機械工程的實際運行情況，對各種運行數(shù)據(jù)進行采集，并以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來構(gòu)建精確的模型，這無疑會給工程人員帶來很大的挑戰(zhàn)，并且構(gòu)建的模型也往往不夠精確。相比于以往的控制方法，模糊控制技術(shù)不需要從數(shù)據(jù)方面對機械工程進行精確的分析，工程人員在應(yīng)用模糊控制技術(shù)時，只需保證輸入量的偏差能夠處于工程允許范圍內(nèi)即可。模糊控制技術(shù)正是憑借其獨特的控制優(yōu)勢，使其在機械電子工程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

3.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

近年來，人們對控制工程研究的不斷深入，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制成為一種新興的核心控制技術(shù)，該技術(shù)是在生物學(xué)的基礎(chǔ)上演變而來的。相比于其他控制技術(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)可以看成是一種由大量神經(jīng)元組成的網(wǎng)絡(luò)，這些神經(jīng)元在構(gòu)成及使用效果上都比較簡單，但通過大量神經(jīng)元的連接與組合，可使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更加復(fù)雜和豐富的功能，這也使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)可以對海量的復(fù)雜數(shù)據(jù)進行有效處理。以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)為核心的系統(tǒng)也由此具有智能化特征，并廣泛應(yīng)用于機械電子工程的智能化控制工作中。一直以來，人們在應(yīng)用數(shù)控機床進行生產(chǎn)時，產(chǎn)品的加工精度往往達不到使用要求，而且在產(chǎn)品加工中還難以避免地會出現(xiàn)操作誤差，從而給產(chǎn)品的加工成功率與加工效率帶來很大影響。而通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的應(yīng)用，不僅可大幅提高數(shù)控機床對產(chǎn)品的加工精確度，提高數(shù)控機床的加工效率，而且還可確保整個加工過程的安全性。

3.5 預(yù)測控制技術(shù)

預(yù)測控制技術(shù)是控制工程中一種重要的核心控制技術(shù)，它最為明顯的特征是其提前性。該技術(shù)可根據(jù)機械電子設(shè)備的實際運行情況，通過準(zhǔn)確的預(yù)測來評估機械電子設(shè)備的運行狀態(tài)，幫助控制人員根據(jù)預(yù)測結(jié)果來采取相應(yīng)的應(yīng)對方案，以此確保機械電子設(shè)備的穩(wěn)定運行，保障設(shè)備運行安全。例如，在高速液壓機運行過程中，通過預(yù)測控制技術(shù)的應(yīng)用，可對高速液壓機的運行壓力、運轉(zhuǎn)速度等數(shù)據(jù)進行采集，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)來構(gòu)建預(yù)測模型，通過訓(xùn)練預(yù)測模型來分析設(shè)備所承受的沖擊荷載是否處于安全范圍，預(yù)測設(shè)備的輸出值，以此確定其運行誤差，進而預(yù)測出系統(tǒng)是否會出現(xiàn)超調(diào)問題，幫助工程人員根據(jù)預(yù)測結(jié)果來采取對應(yīng)的控制方案，以此實現(xiàn)對高速液壓機的精準(zhǔn)控制，避免高速液壓機因壓力過大或轉(zhuǎn)速過快等問題而出現(xiàn)運行誤差。

3.6 集成控制技術(shù)

在控制工程中，集成控制技術(shù)在機械電子工程中有著非常廣泛的應(yīng)用。信息化技術(shù)的發(fā)展，使集成控制技術(shù)應(yīng)運而生，該技術(shù)在控制上具有統(tǒng)一性，可同時控制和管理不同種類的機械電子設(shè)備，使這些機械電子設(shè)備能夠在互不干擾的情況下正常運行，從而充分發(fā)揮其功能，實現(xiàn)不同機械電子設(shè)備的協(xié)同化生產(chǎn)。集成控制技術(shù)在機械電子工程的應(yīng)用，可大幅提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，該技術(shù)可對不同機械電子設(shè)備的實際運行數(shù)據(jù)進行有效整合，并采用對應(yīng)的控制方式來達到集成控制的目的。在科學(xué)技術(shù)的帶動下，人們對集成控制技術(shù)的改進與優(yōu)化，使集成控制系統(tǒng)能夠進行柔性化控制，從而使產(chǎn)品在生產(chǎn)和制造過程中能夠變得更加高效、科學(xué)。

4? 結(jié)語

總而言之，隨著科技的發(fā)展與進步，機械電子工程的智能化、自動化、信息化轉(zhuǎn)變趨勢將變得愈發(fā)明顯，這也使控制工程中的核心技術(shù)在機械電子工程中發(fā)揮更為重要的作用。而對于控制工程來說，人們對控制工程研究的不斷深入，必將促使更多的新型控制技術(shù)出現(xiàn)。同時，現(xiàn)有的核心控制技術(shù)也將得到相應(yīng)的優(yōu)化與改進，這也使機械電子工程中許多復(fù)雜的控制難題將得到逐一解決，從而真正實現(xiàn)機械電子工程與控制工程的深度融合，使兩者的應(yīng)用優(yōu)勢得到全面發(fā)揮，進而更好地推動我國現(xiàn)代化工業(yè)的進步與發(fā)展。

參考文獻

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