機電自動控制技術與一體化設計分析

金小焱 劉衛(wèi)保

【摘 要】機電控制技術具有很強的綜合性，需要多種技術配合，機電一體化設計需要實踐產(chǎn)品的智能性和人性化等，這種理念比較先進，可以促進發(fā)展機電系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。本文概述了機電控制系統(tǒng)自動控制技術與一體化設計，有助于進一步發(fā)展我國的機電控制技術。

【關鍵詞】機電控制系統(tǒng)；主動控制技術；一體化；設計方式

1 引言

自從進入20世紀以來，人類社會已經(jīng)進入工業(yè)化時代。在這一百多年間，人類社會的生產(chǎn)力得到了巨大提升，生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質量也在不斷提高，各行各業(yè)得到了迅猛發(fā)展。隨著科學技術的不斷發(fā)展，自動化控制技術已經(jīng)廣泛應用到機電控制系統(tǒng)當中。通過自動控制技術能夠進一步提高生產(chǎn)效率，并且降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)更大的經(jīng)濟效益。進入21世紀以后，信息技術的發(fā)展又進一步促進了自動控制技術的發(fā)展，并逐步實現(xiàn)一體化設計的應用。

2 概述機電控制系統(tǒng)和自動控制技術

2.1 機電控制系統(tǒng)

機電控制系統(tǒng)的核心元素是控制，在無人操作的狀態(tài)下，控制裝置可以根據(jù)設計方案指令控制管理機械設備，完成指定的任務。機電控制系統(tǒng)可以聯(lián)系控制器和設備等部件，在這個過程中利用了微電子技術和信息處理技術以及通信技術等，因此機電控制技術融合各種技術。近些年我國不斷提升計算機信息技術水平，進一步發(fā)展了機電控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)制造領域廣泛利用機電控制系統(tǒng)。

2.2 自動控制技術

自動控制技術主要利用控制器控制設備和產(chǎn)品，使產(chǎn)品和設備可以根據(jù)規(guī)律進行運動。自動控制技術利用自動控制的原理，有效關聯(lián)機械和電器以及設備等，可以完成任務。傳統(tǒng)的自動控制技術利用精確數(shù)學模型，在信息化和智能化技術的支持下，智能控制系統(tǒng)開始占據(jù)主流，在多個方面領域都開始廣泛利用。自動控制技術的作用比較大，直接影響到產(chǎn)品的精度和加工效率等方面，此外機電控制技術居于工程化和實用化等特征，在未來具有良好的發(fā)展空間。

3 機電控制系統(tǒng)一體化設計思路

機電控制系統(tǒng)一體化設計對于提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質量有著十分重要的作用。因此，工業(yè)化改革必須要強化一體化設計。而機電控制系統(tǒng)一體化設計并不是隨意就能夠完成。在設計過程中，設計人員需要對機電系統(tǒng)本身特性、系統(tǒng)結構、產(chǎn)品功能等有深入的了解，并充分考慮到生產(chǎn)的實際需求，這樣才能設計出對生產(chǎn)有利的一體化系統(tǒng)。除此之外，整個系統(tǒng)必須要具備模塊化、智能化、網(wǎng)絡化、微型化以及人格化的特點。這樣一來，才能保障機電控制系統(tǒng)的正常工作，同時進一步提高系統(tǒng)性能。最后，設計人員一定要注重功能模組的優(yōu)化配置，確保不同功能板塊不會產(chǎn)生矛盾沖突。只有這樣，才能保障系統(tǒng)的一體化、整體化，為生產(chǎn)提供更多幫助。

4 機電控制系統(tǒng)的一體化設計與應用

4.1 整體設計法

結合電子方面和機械設備，利用二者結合實現(xiàn)整體化設計，順利落實機電的一體化設計。在機電一體化設計當中需要注重新型理念，保障機電產(chǎn)品的整體質量，提高其使用性能。利用整體設計法可以整合機械設備技術和電子技術，形成整體結構，創(chuàng)新機電產(chǎn)品設計過程，利用創(chuàng)新的設計理念，促進機電行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

4.2 組合法

組合法是當前應用得較為廣泛的一體化設計之一。特別是在數(shù)控機床方面，組合法的應用能夠讓數(shù)控機床發(fā)揮不同的作用，呈現(xiàn)多樣化的特點，提高產(chǎn)品質量的同時也能夠進一步提高產(chǎn)品是生產(chǎn)效率。所謂的組合法指的就是將不同功能模塊組合在一起的一體化設計。相比起其他方法，組合法的優(yōu)勢在于是由不同功能模塊組成，故此并不需要將所有設計推翻重來，而只是簡單地進行功能模塊整合即可，設計簡單，需要的時間較短。需要注意的是，在機電控制系統(tǒng)中，不同的功能模塊有著不同的特性和功能，因此，在組合的過程中需要進行根據(jù)功能模塊來進行設計，避免不同功能模塊之間發(fā)生矛盾沖突，否則必然會給整個系統(tǒng)的正常運作產(chǎn)生影響。

4.3 取代法

在機電一體化設計中另一種應用較為廣泛的設計方法便是取代法，多用于電子化產(chǎn)品的一體化設計。該種設計方法主要是通過將電子線路作為機械控制結構，在使用微機或控制器完成對應電子線路的程序編碼之后，使得電子線路可以與機械控制結構進行有機整合。此時使用凸輪以及變速結構替代接觸式控制器，便可以在有效優(yōu)化以往機械控制結構的同時，達到一體化設計的目的。

4.4 在機器人領域的應用

我國于20世紀90年代將機器人的研究開發(fā)列入了國家科技計劃，經(jīng)過近30年的研究，已經(jīng)逐步掌握了自動化機器人操作機部分關鍵部分的設計制造技術、軟件編程技術、運動特性和軌跡規(guī)劃以及控制系統(tǒng)的設計等技術，設計生產(chǎn)了部分機器人的關鍵元器件，開發(fā)出應用于汽車生產(chǎn)制造中的點焊、噴漆、裝配等流程的機械臂以及能夠代替人工在餐廳中完成炒菜、裝盤、上菜等工作的新型服務型機器人。目前，國內的科研工作者已經(jīng)掌握了機器人的生產(chǎn)制造技術、編程以及用于二次開發(fā)的配套設施的設計及使用。由于工作環(huán)境以及人體承受能力等問題又出現(xiàn)了一些能夠應用于特殊環(huán)境及崗位的功能性作業(yè)機器人，例如代替人工進行高空作業(yè)的攀壁式擦玻璃機器人、在危險環(huán)境中進行檢測的勘察機器人、在深海中用于科研采集樣本的作業(yè)型機械手以及應用于軍事領域的排爆機器人、反坦克機器人、榴炮機器人、布雷機器人、煙幕機器人等這些機器人的設計制造無一能夠離得開機電一體化技術。

4.5 在自動化生產(chǎn)線上的應用

機電一體化技術在自動化生產(chǎn)線上的應用十分普遍，其自動化技術對工業(yè)生產(chǎn)有著跨時代的意義。隨著國民需求的日益增長，為了提高生活必需品的生產(chǎn)效率，越來越多的自動化生產(chǎn)線投入到現(xiàn)代工廠中，極大地推動了生產(chǎn)效率。如需要罐裝的酒水、飲料、調味料等，在沒有使用自動化生產(chǎn)線時需要耗費大量的人力資源進行分布工作。機電一體化技術與各種現(xiàn)代傳感器技術與計算機技術相結合而形成的現(xiàn)代化自動生產(chǎn)線的應用提高了生產(chǎn)效率、減輕了工作人員的工作壓力同時也降低了生產(chǎn)成本。

4.6 在機電微機計算機中應用

自動控制尺寸不斷減小，機電產(chǎn)品的自重和體積隨之不斷減輕，同時也進一步提升了機電產(chǎn)品的運行效率，使其使用年限不斷增加。當今計算機控制器不斷更新，為機電行業(yè)發(fā)展提供不竭的動力，雖然微型計算機控制器比較小，但是具有強大的功能，如果系統(tǒng)發(fā)生偏差，控制器就會立即發(fā)出警報，實施安全保護，使安全事故率不斷降低，在最大程度上降低損失，提高了系統(tǒng)的檢修率，同時也避免發(fā)生事故。微型計算機控制元件不斷發(fā)展，也會促進機電控制一體化的發(fā)展。

5 結束語

綜上所述，隨著工業(yè)化程度的不斷加深，機電控制系統(tǒng)中自動控制技術的應用以及一體化設計必不可少。而要想進一步強化一體化設計，一定要根據(jù)自身的實際情況，包括生產(chǎn)狀況、生產(chǎn)產(chǎn)品等來挑選合適的一體化設計方案，確保機電控制系統(tǒng)一體化設計真正發(fā)揮作用，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，促進企業(yè)發(fā)展。

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（作者單位：浙江同立通訊科技有限公司）