淺析控制工程在機械電子工程中的應用

畢建國

摘 要：隨著計算機控制工程技術(shù)的不斷發(fā)展，使得機械電子工程逐漸向智能化方向進行發(fā)展，控制工程在機械電子工程當中起到了越來越重要的作用，因此，對控制工程在機械電子工程中的應用研究，成為了人們?nèi)找骊P注的新課題，將控制工程技術(shù)同計算機機械電子工程技術(shù)有機地結(jié)合在一起，從而進一步促進了機械工程行業(yè)的發(fā)展。

關鍵詞：控制工程 機械電子工程 應用

引言

經(jīng)濟的飛速發(fā)展，科技的不斷進步?？茖W技術(shù)已經(jīng)成為各行各業(yè)發(fā)展壯大的依據(jù)。自動控制系統(tǒng)的高速發(fā)展，促使控制工程在機械電子工程中的應用具有很好的發(fā)展前景。自動控制系統(tǒng)在機械電子工程應用的開始，沒有顯現(xiàn)出其應有的作用力。而今依賴于高速發(fā)展的電子設備，自動控制系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生了重大的轉(zhuǎn)變，其核心技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)應用智能的電子設備，電子智能設備的投入使用大大提高了社會生產(chǎn)力。

一、控制工程與機械工程簡述

1、控制工程學的理論概述

控制理論與控制工程學科是以工程領域內(nèi)的控制系統(tǒng)為主要研究對象，采用現(xiàn)代數(shù)學方法和計算機技術(shù)、電子與通訊技術(shù)、測量技術(shù)等，研究系統(tǒng)的建模、分析、控制、設計和實現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)的一門學科?？刂乒こ虘糜诤芏嘈袠I(yè)的工程項目中，例如機械、采礦、航空以及生物等各式工程項目。在應用的過程中，控制工程在不斷完善自身的優(yōu)勢，同時也在不斷利用新型的科學技術(shù)進行武裝。自動控制技術(shù)即是控制工程在發(fā)展變化過程中不可或缺的技術(shù)的中堅力量?？刂乒こ掏瑫r利用“古典控制理論”將計算機和電子技術(shù)進行科學的結(jié)合，使其功能多樣化?！肮诺淇刂评碚摗敝饕且院瘮?shù)的傳輸為技術(shù)的理論基礎?！艾F(xiàn)代控制理論”則是更多的研究參數(shù)的變化形式。隨著機械工程的日益發(fā)展壯大，新型的智能機器人和新型的控制系統(tǒng)的不斷研制發(fā)明。使控制工程更好的貼近生活，提高整體的社會生活水平。

2、機械電子工程

機械電子工程的特點有很多，包含各個方面，從某種程度上可以把機械電子工程概括為具備多技術(shù)融合的特點。機械電子工程不僅在最初的設計中與其他的學科相聯(lián)系，在機械電子工程實施的每一個步驟，都與其他的學科緊密連接。在電子工程設計的時候，設計師們往往傾向于利用多種技術(shù)、多種策略將不同的模塊進行組合，從而最終完成設計。在組合模塊的過程中，每一個學科都提供了或多或少的幫助。再來，由于電子工程的結(jié)構(gòu)往往具有簡單，性能高的特點。所以在將電子工程融入機械工程的時候，就形成了機械電子工程具有在內(nèi)部的結(jié)構(gòu)中比較復雜，但是在性能使用中效率比較高的特點。從某種程度上來說，這是對傳統(tǒng)機械產(chǎn)品笨重的外形的一次巨大的改造和提升。

二、控制工程在機械電子工程中的應用

1、智能控制系統(tǒng)在機械電子工程中的應用

智能控制系統(tǒng)就是指人工智能與計算機技術(shù)結(jié)合在一起，對機械電子工程當中的某一操作流程進行人工化的智能模擬和控制，使得智能的機器人可以像人一樣進行操作工作，智能控制系統(tǒng)能夠與人類的大腦思維模式相似，智能控制系統(tǒng)能夠做到自主收集相關信息等。因此，智能控制系統(tǒng)結(jié)合了人工智能的特性進行了機械化大生產(chǎn)，使其生產(chǎn)效率與人工生產(chǎn)模式相比，得到了質(zhì)的飛躍，還可以對生產(chǎn)操作流程進行嚴格控制，節(jié)約了人力、物力資源成本，提高了機械制造行業(yè)的經(jīng)濟收入。

2、魯棒控制的應用

在控制系統(tǒng)中的魯棒性是指，在一定的外界因素干擾下，控制系統(tǒng)某一方面的性能夠保持不變的特性，因此，多變量型魯棒控制系統(tǒng)在機械制造生產(chǎn)中得到了廣泛性的應用。

在柔性臂軌跡制造中，通常采用滑膜變的結(jié)構(gòu)控制方法，控制并研究出慢變控制器，采用H∞的控制理論來研究出魯棒控制器進而調(diào)整系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)，所以，在操作軌跡的模擬研究中，利用補償控制算法來進行補償控制計算，從而保證滑膜變結(jié)構(gòu)與H∞控制理論進行組合性控制，使得控制系統(tǒng)能夠非常精確地對目標軌跡的運行過程進行控制。

3、專家控制在機械磨削精度控制中的應用

精密絲杠磨削可以達到高精度的螺距生產(chǎn)要求，其前提是工件在消磨過程中縱向和軸向運動必須同步。在普通螺紋磨床生產(chǎn)中，這種同步主要是靠機械傳動來實現(xiàn)，因此其控制的誤差較大，此外在磨削過程中的環(huán)境溫度、工件熱變形、磨削力也會對磨消精度產(chǎn)生一定的影響。專家精度控制系統(tǒng)的基本思路是對磨削過程實現(xiàn)動態(tài)智能補償控制。其主要原理是磨削加工過程中，對各種誤差的特征進行綜合考慮，并以此為基礎設定一條適配性的控制規(guī)則，以達到通過最補償控制量使螺距誤差不斷減小。

4、模糊控制工程在機械電子工程中的應用

機械工程的加工流程是十分復雜的，所以采用傳統(tǒng)的控制方法建立起來的模型是非常困難的，所以自動化控制的效果并不好，而模糊控制工程可以把復雜的問題變得更加直觀，模糊控制的算法比較簡單靈活，從而將程序編制過程簡單化，進行模糊化控制可以不用對機械制造工程進行精確化的數(shù)據(jù)研究，只要保證好輸入量在合理的偏差范圍內(nèi)即可，所以，模糊控制系統(tǒng)在機械電子工程中應用效果十分明顯。

5、預測控制在高速液壓機中的應用

高壓、高速化是目前液壓機的技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。但是隨著速度和壓力的不斷提高負載慣性也隨之不斷增大，其直接后果就是系統(tǒng)超調(diào)變大、精度下降。采用預測控制是解決液壓機高速、高壓化造成的負面影響的有效手段。這一控制的基本原理是根據(jù)采樣時刻及在此之前的系統(tǒng)輸出的歷史數(shù)據(jù)，建立系統(tǒng)輸出的預測模型，然后再根據(jù)以預測模型為基礎得到的預測輸出值對系統(tǒng)誤差變化率進行預測計算，并由計算結(jié)果來進一步確定控制器輸出，以達到提前控制模式的實現(xiàn)。這種方法在數(shù)據(jù)較少和各種外界因素影響的情況下，仍可以獲得較高預測精度，因此特別適合液壓機為代表的電液伺服系統(tǒng)的快速預測控制，并獲得良好的預測效果。

6、神經(jīng)網(wǎng)絡控制的應用

神經(jīng)網(wǎng)絡控制是建立在生物學基礎上的控制研究，將多個簡單的網(wǎng)絡神經(jīng)元連接成一個網(wǎng)絡，每個神經(jīng)元都是十分簡單的，但所有神經(jīng)元連接在一起就能夠變成高度復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡控制可以對數(shù)據(jù)進行大規(guī)模處理，因而這種神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)可以有著與人類相似的適應學習能力，神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)越來越朝向人工智能化發(fā)展，在智能機械電子工程控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。因而在對數(shù)控機床的控制當中，人們可以有效地改變數(shù)控機床切割過程中不確定的特點，通過神經(jīng)網(wǎng)絡控制工程系統(tǒng)在機械電子工程上的應用，使得了數(shù)控機床的加工效率大幅度得到了提升，提高了機械電子工程行業(yè)的安全性系數(shù)。

結(jié)束語

高速發(fā)展的社會形勢，各行各業(yè)每一分每一秒都需要收益和效益。由此，自動化控制系統(tǒng)的應用得到了社會上的廣泛認可。自動化控制系統(tǒng)的應用對各行各業(yè)的生產(chǎn)帶來了極大的效益。自動化控制系統(tǒng)在機械電子工程中的應用也在不斷的探索和創(chuàng)新中發(fā)展壯大。面對我國高速發(fā)展的經(jīng)濟態(tài)勢，自動控制系統(tǒng)的機械工程也在做著更多研發(fā)和創(chuàng)新的推廣?？刂乒こ淘跈C械電子工程中的科學、合理的應用，為提高國家的生產(chǎn)力和增強國家的綜合國力做出貢獻。