劉忠剛

摘要：機(jī)電工程目前廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的生產(chǎn)當(dāng)中，提高其動(dòng)力控制和設(shè)計(jì)有效性，可以促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的提升?；诖?，本文主要分析平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力和控制設(shè)計(jì)原理，探討具體的控制和設(shè)計(jì)路徑，以提高機(jī)械動(dòng)能減少應(yīng)力不可控現(xiàn)象，緩解噪音和不穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu);動(dòng)力控制;不穩(wěn)定現(xiàn)象

引言：目前的機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行可能會(huì)受到扭曲波動(dòng)的影響，造成一系列的機(jī)電生產(chǎn)不安全以及不穩(wěn)定的現(xiàn)象，影響機(jī)電使用的壽命和產(chǎn)品輸出的質(zhì)量。通過(guò)平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力控制和設(shè)計(jì)，主要是采用建模分析和仿真分析的方法，降低扭矩波動(dòng)造成的影響，提高機(jī)構(gòu)性能穩(wěn)定程度，并用遙控控制的方法來(lái)減少機(jī)電的惡化情況。

一、平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力和控制特征

廣義的機(jī)構(gòu)研究主要是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，來(lái)對(duì)機(jī)電設(shè)備的動(dòng)力問(wèn)題、剛性化問(wèn)題進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)智能化拓展機(jī)構(gòu)學(xué)的研究范圍，狹義上的機(jī)構(gòu)研究主要是指對(duì)操控方法、控制軌跡以及運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行全面分析。平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)主要是應(yīng)用微型機(jī)構(gòu)和微驅(qū)動(dòng)器的方法來(lái)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行拆解，集成在一個(gè)多晶硅片上控制微小運(yùn)動(dòng)，并采用組合驅(qū)動(dòng)方式減少機(jī)構(gòu)中的摩擦，通過(guò)仿生機(jī)構(gòu)來(lái)提高整體的運(yùn)行效果?，F(xiàn)代平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)控制主要是采取驅(qū)動(dòng)源控制方法，可以提高整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)能力和承載能力，并且機(jī)構(gòu)的柔性較好可以應(yīng)用軌跡綜合調(diào)節(jié)、參數(shù)控制、函數(shù)綜合調(diào)節(jié)等方法進(jìn)行自動(dòng)化輸出與輸入。其動(dòng)力學(xué)控制和設(shè)計(jì)就是基于這種電機(jī)的數(shù)學(xué)模型以及機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的仿真分析，提高運(yùn)行效果。

二、平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力與控制路徑

進(jìn)入到數(shù)字化時(shí)代，平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)精度和速度不斷提升，演化出了一個(gè)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由量變到質(zhì)變的辯證發(fā)展過(guò)程。這種控制理論主要是通過(guò)多個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)合，在精密加工的情況之下，結(jié)合PID控制系統(tǒng)，達(dá)到一種精確自動(dòng)識(shí)別的效果。

（一）結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)

平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力設(shè)計(jì)采用閉環(huán)控制系統(tǒng)方法，可以結(jié)合開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的相應(yīng)回路控制，實(shí)現(xiàn)一個(gè)信號(hào)的直接傳輸與反饋：

①這種正向與負(fù)向的結(jié)合統(tǒng)一方法，可以全面提升數(shù)據(jù)的修正精準(zhǔn)值。閉環(huán)控制系統(tǒng)還可以提高階層響應(yīng)的積極程度，整體表現(xiàn)穩(wěn)準(zhǔn)快。不僅具有數(shù)據(jù)上的精準(zhǔn)性，還具有判斷方面的收斂性，可以用上升時(shí)間來(lái)進(jìn)行差異化的數(shù)據(jù)描述。平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力與控制路徑還可以結(jié)合PID控制器的參數(shù)設(shè)定方法，對(duì)于機(jī)器的比例系數(shù)和積分時(shí)間進(jìn)行全面調(diào)整，避免在后續(xù)使用的過(guò)程當(dāng)中控制器參數(shù)不可調(diào)，而造成系統(tǒng)修改問(wèn)題上升。

②技術(shù)人員可以依賴(lài)原有的工程經(jīng)驗(yàn)，也可以根據(jù)參數(shù)PID控制器的具體設(shè)定方法來(lái)計(jì)算反應(yīng)曲線(xiàn)，應(yīng)用衰減法來(lái)進(jìn)行模擬，完成最后的調(diào)整步驟。PID控制主要是通過(guò)比例控制和積分控制方法，來(lái)對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行全面判定。將增大的誤差進(jìn)一步減小，直到無(wú)限趨近于零，調(diào)整后的微分控制可以全面反饋。避免較大慣性造成機(jī)器誤差增大，這種誤差無(wú)限趨近于零時(shí)抑制誤差就可以達(dá)到零的狀態(tài)，在這種情況之下引入比例這個(gè)差值，可以良好的改進(jìn)PID控制器在調(diào)節(jié)過(guò)程當(dāng)中的被動(dòng)狀態(tài)，從而消除誤差，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。調(diào)節(jié)過(guò)程當(dāng)中還要對(duì)控制器的參數(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的校驗(yàn)和調(diào)整，應(yīng)用原有的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，提高機(jī)電設(shè)計(jì)的穩(wěn)定程度。

（二）微機(jī)控制系統(tǒng)

微機(jī)控制系統(tǒng)主要是通過(guò)接口電路、傳感器、執(zhí)行元件、機(jī)構(gòu)系統(tǒng)來(lái)對(duì)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行全面的控制，目前經(jīng)過(guò)數(shù)字化的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床和微處理器已經(jīng)成為了主要的控制元件，在這些機(jī)械裝置之間發(fā)揮著有效聯(lián)系的作用。

第一，電機(jī)的平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)控制仿真設(shè)計(jì)，主要是基于PID控制器對(duì)于相應(yīng)的原理進(jìn)行系統(tǒng)性調(diào)整。在微機(jī)運(yùn)算的支持之下，調(diào)節(jié)比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)反映出信號(hào)的偏差，減少調(diào)節(jié)的時(shí)間，應(yīng)用PID控制器對(duì)微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬分析?？梢栽诓煌妮敵鼋嵌戎抡{(diào)整系統(tǒng)差值，提高機(jī)電工作的效率和機(jī)電工作的質(zhì)量。仿真分析可以結(jié)合專(zhuān)家系統(tǒng)PID控制方法減少誤差，在不同的情況之下提高誤差的設(shè)計(jì)分析等級(jí)，從而判斷最大減小速度。

第二，技術(shù)人員還可以采用非線(xiàn)性PID控制器的方法提高快速調(diào)節(jié)的效果，應(yīng)用非線(xiàn)性控制器，采用比例控制方法，加入微分量調(diào)節(jié)超導(dǎo)機(jī)構(gòu)作為線(xiàn)性參數(shù)，納入到動(dòng)態(tài)分析當(dāng)中，考慮到非線(xiàn)性變化特征進(jìn)行響應(yīng)度的分析。充分判斷增益參數(shù)以及微分增益參數(shù)，當(dāng)微分增益參數(shù)逐漸增大時(shí)，進(jìn)行響應(yīng)速度分析協(xié)調(diào)控制生產(chǎn)判斷非線(xiàn)性函數(shù)取值。

例如，在仿真分析當(dāng)中，波動(dòng)系數(shù)為0.5484，在PID微分控制之下，波動(dòng)系數(shù)約等于0.3325，調(diào)整之后的波動(dòng)系數(shù)可以達(dá)到3.6836，因而這種平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的波動(dòng)速度可以取得一個(gè)有效的控制效果，調(diào)整后的系統(tǒng)時(shí)間約為0.48。在這種控制狀態(tài)之下，波速波動(dòng)能均可以得到良好的控制，扭矩波動(dòng)狀態(tài)得到顯著改善。在日后生產(chǎn)當(dāng)中可以基本滿(mǎn)足機(jī)構(gòu)部分的運(yùn)行要求，達(dá)到控制器的性能。

在未來(lái)發(fā)展當(dāng)中，還要針對(duì)減小機(jī)構(gòu)輸入扭矩波動(dòng)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，避免機(jī)電設(shè)備運(yùn)行當(dāng)中受源動(dòng)力和摩擦力、重力慣性的疊加應(yīng)力的影響，造成機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)速率增加的危害，或者加劇有害噪聲有害振動(dòng)。通過(guò)平衡的方法減少速度波動(dòng)與輸入扭曲波動(dòng)之間的差值，從而起到一個(gè)質(zhì)量平衡設(shè)計(jì)的效果。

結(jié)論：綜上所述，在數(shù)字化的當(dāng)下，機(jī)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中越來(lái)越重要，只有滿(mǎn)足機(jī)電設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求和穩(wěn)定性要求，對(duì)于機(jī)構(gòu)速度波動(dòng)與輸出力矩波動(dòng)的峰值進(jìn)行全方面的計(jì)算，才能夠起到優(yōu)化設(shè)計(jì)效果。從本分析可知，研究平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)仿真設(shè)計(jì)與動(dòng)力控制，有利于建立全面的數(shù)學(xué)分析模型，通過(guò)仿真系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)平衡振動(dòng)降低噪音的效果。因而，我們要加強(qiáng)PID控制器的系統(tǒng)方法，總結(jié)改善輸入力矩波動(dòng)劇烈現(xiàn)象，提高設(shè)計(jì)的平穩(wěn)性能，降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

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