機電一體化控制系統設計方案研究

摘 要：近年來，國家經濟和科學技術的高速發展使得機電控制系統自動控制技術得到了更大的推廣和普及，在現代工業生產中發揮著舉足輕重的作用。本文基于機電控制系統自動控制技術的發展現狀，從機電控制系統的含義與控制方法理念著手，重點介紹了現代機電一體化產品的理念和設計思路，討論了機電控制系統與機電一體化產品設計方法和方案，并提出了一些觀點和建議供以參考。

關鍵詞：機電控制系統 機電一體化 設計方案

隨著現代技術水平越來越高、生產力也日益提高，機電控制系統的用途已經越來越廣泛，成為現代科技水平發展的一個標志性技術。控制系統的自動控制技術在各行業生產中發揮著不可替代作用。根據我國可持續發展的國情和大眾需求，在發展機電一體化技術的同時，更重要的應體現出人性化、綠色化、智能化，既滿足生產要求又達到了保護環境的目的。

一、一體化設計理念

機電一體化是由日本率先研發提出的，我國從初步探索到現在已經蓬勃發展。作為一個學科、一個專業，它要求設計者們對機電產品進行設計規劃時，就把產品當做一個完整的自動控制系統進行分析，把機械、電子、自動控制加入進去以后完成的產品就是一個機電一體化的機電控制系統。為了響應我國可持續發展的國情，在設計的過程中需要對產品進行不斷完善和補充修改，最終形成一個能夠高效運行并完成任務的系統，同時讓該產品具有智能化、模塊化網絡化、微型化、綠色化和系統人格化等特點，這是我國目前機電一體化產品的設計目標。

二、機電控制系統自動控制技術

在現有的科學技術里，所謂機電控制系統是指在無人控制的情況之下，利用自動控制設備，讓生產設備或者機器按照預先編輯好的程序進行動作，還可以利用通訊設備組成一個完整的工作系統，實現特定的任務要求。控制是該系統的最重要組成部分，它運用了計算機信息技術，電力電子、通信等相關領域的技術，各技術之間相互兼容，它的系統是伴隨著計算機與軟件技術的發展開發而來的，目前已經被廣泛應用到航空航天等高端技術領域。機電控制系統不需要工作人員太多的參與，它是按照已經設計完成的方式運行，把控制系統的特定裝置連接起來，完成生產任務。

機電控制系統里最主要的組成是控制方面。而從技術層面看，機電控制系統是單片機技術、電力電子技術、電機拖動技術、通信與信息技術等技術的結合體，而且這些技術并非是孤立的，而是這些技術互相結合、互相利用的綜合性技術，并將這些技術整合而成，包括自動控制技術、傳感器技術、通信與信息技術、伺服變頻技術。機電控制系統的發展其實是依靠微機系統的飛速發展，以及相應的軟件開發技術配套使用而慢慢發展的。

此外，機電控制系統可以用來生產制造的遠程控制，實現異地生產環節的監督控制。技術管理工作人員利用計算機網絡在異地進行撥號，控制與被控制的雙方經過網絡連接來控制計算機，在計算機網絡平臺上進行遠程控制業務。遠程控制分為保持型與完成型控制系統：保持型與遠程控制是指工作人員對控制的每個環節都給予高度的關注，在必要的時候對其實施干預;完成型是指在系統運行中，人機可以實現互動，因此又被叫做人機互動型控制系統。

機電控制系統的發展趨向于無線遠程異地控制，可以使系統操作人員利用以太網絡或者其他通信網絡連接控制系統，實現本地上位機的計算處理去控制異地的智能機電控制系統。在已經實現的無線遠程監控系統中，其中的一種系統是需要操作技術人員不斷進行監控運行，且如果系統發生情況，則需要人員及時處置以恢復系統的穩定運行，這樣的系統我們稱為保持型遠程控制。還有一種系統是不需要技術人員實時進行監控操作的，只需要等到該系統運行完成以后，通過網絡向技術人員通告，這樣的系統我們稱為完成型控制系統。如果系統在進行的過程中，技術人員與系統可以實時進行通訊，則技術人員可以監控操作，也可以讓系統自動運行，這樣的系統我們稱為人機交互型控制系統。

三、機電一體化的設計方法

機電一體化的產品設計在設計過程中需要非常高的準確度，機電控制系統的任務實現必須依靠機械和電子的相互協調才可以實現。設計開發的過程要兼顧該產品的成本、準確度、市場的需求等多個因素。

機電一體化的控制系統設計一般需要經過兩個過程，開發階段和產品試運行階段：開發階段的任務是達到設計目標，而產品試運行階段的任務是對產品進行修改，讓該產品更加適應和滿足客戶的需求。對機電一體化的產品設計，我們認為可以采取以下幾種方法：

1、利用電子控制代替機械結構控制。如果采用單獨的機械結構，則采用的控制方式一般是簡單的機械控制結構，如果采用機電一體化產品的設計，則可以使用電子電氣控制對簡單機械控制進行改進，這樣可以改變機械運行過程，還可以實現預期目標。首先可以使用可編程控制器件或者單片機控制器件，將電子控制與機械控制相結合，其次可以使用變速器件替代機械控制中的接觸器等老式控制方式，這種設計理念，不但可以整體提高設計產品的性能，而且可以提高該產品的質量，實現機電一體化的設計理念。

2、讓電子控制部分與機械控制部分結合。機電一體化產品的設計過程中，非常重要的一步就是改變原先舊的產品設計理念，打造一種全新的設計思路。而實現產品功能的原理性東西沒有動，只是采用一個新的方法創造該產品，也就是讓電子控制部分與機械控制部分完美結合，兩者成為一個不可分割的有機整體。

3、功能模塊的整合。如果在設計過程中發現機械控制與電子控制的結合沒有實現需要達到的功能，就需要采取別的方法，就是對產品中的各個功能性的模塊進行功能性整合，讓它們成為一個有機整體，構成一個完整的系統。這樣的系統是一個由多種模塊構成的大綜合系統，從而實現客戶或者設計者的預期目標。現在所使用的數控機床就是這種設計方法的一個很好例子，在設計時，購買好供機床裝備的電子電器模塊，包括伺服模塊、電機模塊、CNC模塊等和各種機械模塊裝置，再對這些模塊進行有機整合，使之成為一個可靠的數控機床機電一體化產品。這樣的設計方式不僅節約了設計時間和設計成本，而且方便維修和管理。

結束語

綜上所述，機電控制自動化控制技術通過將大量的前沿技術進行了整合實現最優控制，在滿足大眾需求的同時對于工業產業的可持續良性發展也起著至關重要的作用。在產品設計和開發的基本要求滿足的同時將技術的運用轉化成著顯著的社會和經濟效益，將成為未來機電一體化的普遍發展趨勢。

參考文獻：

[1] 曹武青.機電控制技術現狀和發展趨勢[J].科技風，2014（18）

[2] 王濤.論機電一體化與我國的經濟發展[J].中國經貿導刊，2010（15）

[3] 梁治河.機電控制系統自動控制技術與一體化設計[J].科技風，2011（09）

[4] 張廣生.機電控制技術應用問題[J].科技致富向導，2011（09）

作者簡介：李鑫洋（1991—），性別男，民族漢，籍貫遼寧遼陽，職稱無，學位無，研究方向機電一體化技術，畢業院校：北京信息科技大學。