張 濛

天津科技大學(xué)

控制工程在機(jī)械電子中的應(yīng)用

張 濛

天津科技大學(xué)

隨著科技社會(huì)的發(fā)展，基于控制理論和控制工程的控制技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步，尤其在計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用和普及的今天，控制工程的理論和實(shí)踐有了進(jìn)一步深入探索。其中自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，在機(jī)械電子工程中占據(jù)重要位置，有效地推動(dòng)了機(jī)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(jī)械電子中的應(yīng)用，以期能為以后的實(shí)際工作起到一定的借鑒作用。

機(jī)械電子；控制工程；措施

1 控制工程在機(jī)械電子中的應(yīng)用

控制理論起源于18世紀(jì)英國(guó)技術(shù)革命，在瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)后，試圖將離心式非錘調(diào)速器的基本控制原理應(yīng)用于蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制中，打開了以蒸汽機(jī)作為原動(dòng)力的機(jī)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(xué)、系統(tǒng)的控制分析系統(tǒng)。

21世紀(jì)IT產(chǎn)業(yè)迎來了蓬勃發(fā)展時(shí)期，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)為主要代表?？刂萍夹g(shù)作為IT產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，逐漸成為一門基礎(chǔ)性科學(xué)，控制系統(tǒng)和控制工程中的相關(guān)理論和思想，如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)穩(wěn)定、反饋調(diào)節(jié)和智能系統(tǒng)等，得到廣泛應(yīng)用和推廣。有專家認(rèn)為，控制理論和控制工程不是一門簡(jiǎn)單的學(xué)科，因?yàn)槠洳坏茉诳茖W(xué)領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用，而且能夠應(yīng)用于人文學(xué)科，控制理論和控制功能已經(jīng)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(dú)特性的顯著特點(diǎn)。在當(dāng)前社會(huì)，系統(tǒng)問題已經(jīng)變得非常嚴(yán)重，尤其是復(fù)雜性的系統(tǒng)科學(xué)研究、應(yīng)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(shì)。

2 控制工程在機(jī)械電子中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 智能控制系統(tǒng)方面的運(yùn)用

智能控制系統(tǒng)主要指將人工智能以及計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行整合，圍繞機(jī)械電子工程內(nèi)部的操作流程實(shí)施人工化模擬，全面控制，讓智能機(jī)器人能夠形同人類一樣數(shù)量操作工作，同時(shí)，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(guān)數(shù)據(jù)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(jī)械化大生產(chǎn)變成現(xiàn)實(shí)，生產(chǎn)效率顯著提升，生產(chǎn)模式得到優(yōu)化，并可全面監(jiān)控生產(chǎn)操作工序，為機(jī)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(yīng)用

精密絲杠磨削能夠迎合高精度、高可靠性的螺距生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，其前提條件是保證消磨操作中縱向以及軸向運(yùn)動(dòng)一定要同步。常規(guī)螺紋模床生產(chǎn)主要借助機(jī)械傳動(dòng)滿足這一同步要求，存在一定的誤差，同時(shí)，磨削溫度條件、工件熱變形情況等也會(huì)制約磨削精度。而專家控制是指面向磨削過程進(jìn)行智能補(bǔ)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(chǔ)之上，設(shè)定合理的控制規(guī)則，最終借助控制量補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)降低螺距誤差這一目的。

2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方面的運(yùn)用

控制工程在機(jī)械電子工程當(dāng)中的主要運(yùn)用措施之一，就是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對(duì)電子工程進(jìn)行操作。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種最新的仿生學(xué)思想控制領(lǐng)域應(yīng)用的高科技，其中主要是由眾多簡(jiǎn)單的神經(jīng)元連接而成。并且每個(gè)神經(jīng)元在工程結(jié)構(gòu)和功能上都是相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，但是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也是可以組成高度非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。另外一方面，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)最大的一種優(yōu)勢(shì)就是可以進(jìn)行大規(guī)模的處理操作，并且它的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與人的大腦結(jié)構(gòu)是非常相似。它可以在不同的操作技術(shù)上進(jìn)行自我組織和自我適應(yīng)，并且這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自學(xué)習(xí)能力也是非常強(qiáng)大，所以它在智能技術(shù)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(shù)控機(jī)床的控制還是存在著很多問題。其中，最主要的問題是數(shù)控機(jī)床的控制適應(yīng)能力比較低，尤其是在切削的過程中，對(duì)不可預(yù)知和不可確定性的情況下缺乏良好的識(shí)別和處理能力。我們就要提高數(shù)控機(jī)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(yīng)用

在機(jī)械電子工程中，工人所操作的手續(xù)相當(dāng)非常復(fù)雜，尤其是在機(jī)械加工的過程中，技術(shù)的操作基本上很難順利完成。所以，在機(jī)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(shù)學(xué)模型。而模糊控制技術(shù)相對(duì)于數(shù)學(xué)模型具有直觀和構(gòu)造算法靈活化以及控制編程簡(jiǎn)單化的特征，可以將原本復(fù)雜的技術(shù)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的技術(shù)操。在這些機(jī)械工程控制中也得到了廣泛的應(yīng)用。另外，模糊控制的操作方式并不用對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)描述，只需要直接的輸人測(cè)量值與設(shè)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(jìn)行，并且模糊控制系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)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(yùn)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(shù)也不會(huì)發(fā)生改變。對(duì)于控制系統(tǒng)而言，魯棒性直接決定著其在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的具體使用情況。多變量魯棒控制經(jīng)過為期四十年的發(fā)展，收獲頗豐，促進(jìn)了其在工業(yè)控制活動(dòng)中的實(shí)際應(yīng)用。柔性機(jī)械臂的本質(zhì)為分?jǐn)?shù)參數(shù)系統(tǒng)，具有多輸入輸出特性，耦合較強(qiáng)，該耦合行為十分復(fù)雜，除在逆運(yùn)動(dòng)方面存在不確定性，還會(huì)受到多種非預(yù)定性因素的影響，由此可知，柔性機(jī)械臂的全面控制有些困難。為解決這一難題，可借助假設(shè)模態(tài)法，利用奇異攝動(dòng)理論，站在理論層面，把整個(gè)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(duì)慢變控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，借助H∞控制理論對(duì)魯棒控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而為快變控制器的相關(guān)設(shè)計(jì)工作提供參考，以此來削弱非結(jié)構(gòu)不可控度，降低振動(dòng)干擾。

總而言之，隨著計(jì)算機(jī)控制工程技術(shù)的不斷發(fā)展，使得機(jī)械電子工程逐漸向智能化方向進(jìn)行發(fā)展，控制工程在機(jī)械電子工程當(dāng)中起到了越來越重要的作用，因此，對(duì)控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用研究，成為了人們?nèi)找骊P(guān)注的新課題，將控制工程技術(shù)同計(jì)算機(jī)機(jī)械電子工程技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，從而進(jìn)一步促進(jìn)了機(jī)械工程行業(yè)的發(fā)展。

[1]朱穎.控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015，05：159.

[2]郭華.控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用[J].化工管理，2015，08：117.

[3]姜玉東.GMM在機(jī)械電子工程中的運(yùn)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015，31：61-62.

[4]王蕊.Matlab在《機(jī)械控制工程基礎(chǔ)》教學(xué)中的應(yīng)用[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2011，04：179-180+187.