控制工程在機械電子中的應用

張 濛

天津科技大學

控制工程在機械電子中的應用

張 濛

天津科技大學

隨著科技社會的發(fā)展，基于控制理論和控制工程的控制技術有了長足的發(fā)展和進步，尤其在計算機技術廣泛應用和普及的今天，控制工程的理論和實踐有了進一步深入探索。其中自動控制系統(tǒng)應用最為廣泛，在機械電子工程中占據重要位置，有效地推動了機械電子工程的發(fā)展。基于此，本文將著重分析探討控制工程在機械電子中的應用，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

機械電子；控制工程；措施

1 控制工程在機械電子中的應用

控制理論起源于18世紀英國技術革命，在瓦特發(fā)明蒸汽機后，試圖將離心式非錘調速器的基本控制原理應用于蒸汽機轉速控制中，打開了以蒸汽機作為原動力的機械格局。隨著廣大電氣工程師的不斷研究和探索研究出更為科學、系統(tǒng)的控制分析系統(tǒng)。

21世紀IT產業(yè)迎來了蓬勃發(fā)展時期，以計算機技術、通信技術和控制技術為主要代表?？刂萍夹g作為IT產業(yè)的基礎，逐漸成為一門基礎性科學，控制系統(tǒng)和控制工程中的相關理論和思想，如系統(tǒng)結構、系統(tǒng)穩(wěn)定、反饋調節(jié)和智能系統(tǒng)等，得到廣泛應用和推廣。有專家認為，控制理論和控制工程不是一門簡單的學科，因為其不但能在科學領域發(fā)揮巨大的作用，而且能夠應用于人文學科，控制理論和控制功能已經成為全面、系統(tǒng)的世界觀和方法論。

控制理論和控制工程具有普適性和獨特性的顯著特點。在當前社會，系統(tǒng)問題已經變得非常嚴重，尤其是復雜性的系統(tǒng)科學研究、應用中，因此控制理論和工程的發(fā)展已成為必然的發(fā)展趨勢。

2 控制工程在機械電子中的應用要點

2.1 智能控制系統(tǒng)方面的運用

智能控制系統(tǒng)主要指將人工智能以及計算機技術進行整合，圍繞機械電子工程內部的操作流程實施人工化模擬，全面控制，讓智能機器人能夠形同人類一樣數量操作工作，同時，智能控制系統(tǒng)具有和人類大腦等同的思維模式，其可自主、有效收集相關數據信息。由此可知，智能控制系統(tǒng)與人工智能特性這兩者之間的融合，將機械化大生產變成現實，生產效率顯著提升，生產模式得到優(yōu)化，并可全面監(jiān)控生產操作工序，為機械制造行業(yè)節(jié)省了大量的成本。

2.2 專家控制方面的應用

精密絲杠磨削能夠迎合高精度、高可靠性的螺距生產標準，其前提條件是保證消磨操作中縱向以及軸向運動一定要同步。常規(guī)螺紋模床生產主要借助機械傳動滿足這一同步要求，存在一定的誤差，同時，磨削溫度條件、工件熱變形情況等也會制約磨削精度。而專家控制是指面向磨削過程進行智能補償控制，其基本工作原理為在磨削加工環(huán)節(jié)，全面考慮不同的誤差特征，并在此基礎之上，設定合理的控制規(guī)則，最終借助控制量補償實現降低螺距誤差這一目的。

2.3 神經網絡控制方面的運用

控制工程在機械電子工程當中的主要運用措施之一，就是利用神經網絡控制系統(tǒng)對電子工程進行操作。神經網絡是一種最新的仿生學思想控制領域應用的高科技，其中主要是由眾多簡單的神經元連接而成。并且每個神經元在工程結構和功能上都是相對來說比較簡單，但是整個網絡結構也是可以組成高度非線性動力學系統(tǒng)。另外一方面，神經網絡控制技術最大的一種優(yōu)勢就是可以進行大規(guī)模的處理操作，并且它的網絡系統(tǒng)與人的大腦結構是非常相似。它可以在不同的操作技術上進行自我組織和自我適應，并且這種網絡技術的自學習能力也是非常強大，所以它在智能技術下的方向也是非常有發(fā)展前景。但是，在目前的電子工程中，數控機床的控制還是存在著很多問題。其中，最主要的問題是數控機床的控制適應能力比較低，尤其是在切削的過程中，對不可預知和不可確定性的情況下缺乏良好的識別和處理能力。我們就要提高數控機床加工能力發(fā)揮和工作效率的提升。

2.4 模糊控制方面的應用

在機械電子工程中，工人所操作的手續(xù)相當非常復雜，尤其是在機械加工的過程中，技術的操作基本上很難順利完成。所以，在機械電子工程中，如果采用常規(guī)的控制方法是很難建立起精確的數學模型。而模糊控制技術相對于數學模型具有直觀和構造算法靈活化以及控制編程簡單化的特征，可以將原本復雜的技術轉化為簡單的技術操。在這些機械工程控制中也得到了廣泛的應用。另外，模糊控制的操作方式并不用對控制對象進行精準的數學描述，只需要直接的輸人測量值與設定的偏差及其偏差變化率等條件，就能夠得到最優(yōu)控制輸出值。因此，在目前電子工程控制過程中，我們可以利用模糊制在特定的功能區(qū)進行，并且模糊控制系統(tǒng)的仿真實驗結果可以顯示出十分明顯的控制效果。

2.5 魯棒控制方面的運用

魯棒性是指即便在外界干擾作用下，控制系統(tǒng)的某一性能與參數也不會發(fā)生改變。對于控制系統(tǒng)而言，魯棒性直接決定著其在工業(yè)現場中的具體使用情況。多變量魯棒控制經過為期四十年的發(fā)展，收獲頗豐，促進了其在工業(yè)控制活動中的實際應用。柔性機械臂的本質為分數參數系統(tǒng)，具有多輸入輸出特性，耦合較強，該耦合行為十分復雜，除在逆運動方面存在不確定性，還會受到多種非預定性因素的影響，由此可知，柔性機械臂的全面控制有些困難。為解決這一難題，可借助假設模態(tài)法，利用奇異攝動理論，站在理論層面，把整個系統(tǒng)劃分成慢變與快變子系統(tǒng)。通過滑模變控制方法對慢變控制器進行設計，借助H∞控制理論對魯棒控制器進行設計，進而為快變控制器的相關設計工作提供參考，以此來削弱非結構不可控度，降低振動干擾。

總而言之，隨著計算機控制工程技術的不斷發(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，成為了人們日益關注的新課題，將控制工程技術同計算機機械電子工程技術有機地結合在一起，從而進一步促進了機械工程行業(yè)的發(fā)展。

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