張建容

[摘 ? ?要]我國制造業(yè)已經(jīng)躍居為世界第一，制造業(yè)的興起使得各項新的科學技術(shù)被應(yīng)用于各領(lǐng)域生產(chǎn)中，這也推動了各行各業(yè)的發(fā)展。在生產(chǎn)制造領(lǐng)域，隨著機電自動化控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，大幅提升了生產(chǎn)效率，很大程度上為該行業(yè)發(fā)展提供助力。當前來看，未來機電自動化技術(shù)市場前景將十分廣闊，也是企業(yè)競爭的焦點所在?；诖?，文章首先闡述機電控制系統(tǒng)與自動控制技術(shù)的基本特點，分析自動控制技術(shù)一體化設(shè)計要點，最后提出了機電自動化控制系統(tǒng)的一體化設(shè)計的方法。

[關(guān)鍵詞]機電自動化;一體化;設(shè)計;優(yōu)化功能模塊

[中圖分類號]TH-39;TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–00–03

Integrated Design of Electromechanical Automation Control System

Zhang Jian-rong

[Abstract]My country's manufacturing industry has jumped to the first place in the world. The rise of manufacturing industry has made various new science and technology applied in various fields of production， which has also promoted the development of all walks of life. In the field of production and manufacturing， with the wide application of electromechanical automation control technology， the production efficiency has been greatly improved， and to a large extent， it has provided great help for the development of the industry. From the perspective of the development status of electromechanical automation technology， in the future stage， the market prospect of electromechanical automation technology is very broad， and it is also the focus of future enterprise competition. Based on this， the basic characteristics of electromechanical control system and automatic control technology are expounded first， and the main points of integrated design of automatic control technology are analyzed. Finally， the method of integrated design of electromechanical automatic control system is proposed.

[Keywords]electromechanical automation; integration; design; optimization function module

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步，特別是機電一體化被廣泛應(yīng)用到工業(yè)領(lǐng)域，促進了我國工業(yè)技術(shù)的高速穩(wěn)步發(fā)展?，F(xiàn)階段，機電一體化系統(tǒng)在各個行業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用，智能控制技術(shù)與機電一體化系統(tǒng)的科學融合形成新的一體化控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)運行方面取得了較大的成效。機電一體化系統(tǒng)中，智能化控制技術(shù)作為核心的組成部分，對于整個工業(yè)生產(chǎn)效率的提高起到了至關(guān)重要的作用，在保證生產(chǎn)效率的同時按照內(nèi)設(shè)的生產(chǎn)規(guī)程確保生產(chǎn)質(zhì)量達到標準要求，為機電控制的革新優(yōu)化奠定了堅實的基礎(chǔ)。通過將智能化控制技術(shù)融入到機電一體化設(shè)計中，有效改善了系統(tǒng)生產(chǎn)運行過程中因不確定因素引發(fā)的生產(chǎn)故障等問題，進而確保生產(chǎn)企業(yè)能夠穩(wěn)定安全地開展各項生產(chǎn)工作。

機電控制技術(shù)在機械電氣工程中發(fā)揮著巨大的作用，為機械產(chǎn)品賦予了不同的特性。然而，在進行不同功能性、不同類型的產(chǎn)品設(shè)計時，需要選擇不同的方法，采取不同的工藝，因此，需要根據(jù)產(chǎn)品的需求，結(jié)合現(xiàn)有的生產(chǎn)情況并融入新的機電一體化設(shè)計思想，才能夠真正意義上實現(xiàn)機電自動化控制系統(tǒng)的一體化設(shè)計，為我國社會經(jīng)濟發(fā)展貢獻力量。

1 機電控制系統(tǒng)與自動控制技術(shù)

智能控制系統(tǒng)是指利用計算機、人工智能等先進技術(shù)對生產(chǎn)過程中的相關(guān)知識和信息進行科學化的處理，并將相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)過程的一種新型控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)制造領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，主要涉及到人工智能技術(shù)、自動控制系統(tǒng)、運籌學等多個專業(yè)的學科融合。智能控制是由多種學科相互交叉而形成的一門新興學科，該項技術(shù)的基本載體是傳統(tǒng)的控制理論體系，通過深入探究和計算對控制手段進行深層次優(yōu)化，確?？刂葡到y(tǒng)的每1個環(huán)節(jié)都能夠協(xié)同工作，達到最佳的運行狀態(tài)。經(jīng)常使用的調(diào)優(yōu)方法包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論等。其最大的優(yōu)點在于可以自動優(yōu)化控制系統(tǒng)中的各個參數(shù)，達到自我調(diào)節(jié)的目的。智能控制系統(tǒng)借助以往的數(shù)據(jù)，針對比傳統(tǒng)機電控制系統(tǒng)更為復(fù)雜多樣的控制任務(wù)和控制目的，對控制結(jié)構(gòu)和控制體系進行不斷的優(yōu)化、改善、升級，不斷提高系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性和精準性，從而提高生產(chǎn)效率，不斷推進企業(yè)和國家工業(yè)化進程。下面對機電控制系統(tǒng)和自動控制技術(shù)進行簡單闡述：

（1）機電控制系統(tǒng)依托于計算機技術(shù)，通過系統(tǒng)內(nèi)部的程序算法對各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行定向設(shè)置，以遠程控制的方式實現(xiàn)機械設(shè)備的自主生產(chǎn)，進而形成一整套的自動化生產(chǎn)動作。在機電控制系統(tǒng)中引入電力技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多方面的最新技術(shù)，先進的技術(shù)手段保證該系統(tǒng)具有自動化的特性，確保整套生產(chǎn)動作順利完成。

（2）自動控制技術(shù)，主要特點是保證整個生產(chǎn)過程全程自動化，無需人力進行協(xié)助?，F(xiàn)階段該項技術(shù)主要功能是協(xié)助多種不同類型的設(shè)備實現(xiàn)協(xié)同工作。

2 自動控制技術(shù)一體化設(shè)計要點

2.1 設(shè)計構(gòu)想

隨著我國市場對于機電一體化產(chǎn)品需求劇增，新時期機電一體化設(shè)計成為了1門全新、全面性的綜合類學科。因此，設(shè)計人員在進行系統(tǒng)設(shè)計前期，要對產(chǎn)品的各項功能需求進行全面了解，結(jié)合控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)進行產(chǎn)品設(shè)計，然后需要對各項數(shù)據(jù)結(jié)果進行分析，直到達到預(yù)期設(shè)計效果。為了確保設(shè)計系統(tǒng)滿足各項功能要求，機電一體化系統(tǒng)要融入模塊化、智能化和微型化等新興技術(shù)，才能使得整個系統(tǒng)達到最佳的協(xié)同運轉(zhuǎn)性和完整性。總言之，對于機電產(chǎn)品的設(shè)計，選擇出最佳的系統(tǒng)算法。此外，還需要結(jié)合設(shè)計理念，優(yōu)化系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)各項功能需求。

2.2 共性關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)階段，機電一體化共性關(guān)鍵技術(shù)主要分為以下兩種：機械技術(shù)和計算機輔助技術(shù)。

機械技術(shù)作為機電一體化技術(shù)的基本組成部分，對于機電一體化技術(shù)后續(xù)革新發(fā)展具有較大的影響。機械技術(shù)的不斷創(chuàng)新，助推整個機電一體化技術(shù)的高速發(fā)展，進而直接影響整個產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。計算機輔助技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到機電一體化技術(shù)，該項技術(shù)的工作機理是整合相關(guān)技術(shù)運行中產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)并進行深入分析，按照內(nèi)部系統(tǒng)算法，對生產(chǎn)運行涉及的各環(huán)節(jié)內(nèi)容進行交換，確保生產(chǎn)安全穩(wěn)定進行。將機械技術(shù)與計算機輔助等電子技術(shù)進行科學融合，在很大程度上提高了機械技術(shù)的精確度，同時增加了符合生產(chǎn)需求的各項功能，為我國機電一體化的深遠發(fā)展提供了理論和技術(shù)支持。

2.3 功能模塊設(shè)計

在多項設(shè)計內(nèi)容中，機電功能模塊設(shè)計的目的在于對機電控制系統(tǒng)加以完善，進而使自動控制技術(shù)更好地融入到機電系統(tǒng)之中，這樣可以確保各項生產(chǎn)流程能更為有效地組合在一起，達到綜合生產(chǎn)的目標，借助于控制器可以對各流程開展精確的調(diào)節(jié)，使得整體化生產(chǎn)效率提升。

3 機電一體化設(shè)計的方法

3.1 改良控制機構(gòu)

機電一體化設(shè)計中，主要依靠機電設(shè)備實現(xiàn)生產(chǎn)運行，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)模式下大都是以機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。為了能夠使機電控制系統(tǒng)與自動化技術(shù)有機融合，需要從機電設(shè)備的控制結(jié)構(gòu)著手。

（1）要對原控制系統(tǒng)的控制構(gòu)件進行改變和替換，可選擇電子線路。

（2）要調(diào)整生產(chǎn)運行中設(shè)計的各項設(shè)備，確保生產(chǎn)活動實現(xiàn)安全穩(wěn)定生產(chǎn)。以往機械設(shè)備中的控制系統(tǒng)是以單一化的控制模式為主，為了達到生產(chǎn)運行中的預(yù)期控制效果，可以利用機電一體化設(shè)計思想，采取科學手段對整個控制結(jié)構(gòu)進行改進。

（3）為了實現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改良，設(shè)計人員要結(jié)合機電一體化設(shè)計思想，采用計算機技術(shù)對內(nèi)部算法進行重新編程，然后需要對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)模式下的控制器進行更換，經(jīng)常采用變速機構(gòu)、凸輪。

傳統(tǒng)機械控制系統(tǒng)的接口繁多，為了進一步簡化，需要采用電子線路進行精簡。精簡后的機械結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)在保證生產(chǎn)質(zhì)量的前提下提高了生產(chǎn)效率，提升了產(chǎn)品的各項性能。

3.2 創(chuàng)新設(shè)計理念

從機電一體化設(shè)計角度分析，在整個機電一體化設(shè)計過程中的核心要點是實現(xiàn)整個生產(chǎn)的精準控制，提升生產(chǎn)運行效率。為了實現(xiàn)控制系統(tǒng)真正意義的改變，要打破傳統(tǒng)模式下的設(shè)計思路。所以，在機電一體化設(shè)計時，設(shè)計人員要學習先進的設(shè)計理念，并能夠結(jié)合產(chǎn)品生產(chǎn)需求將這些理念應(yīng)用到機電一體化設(shè)計中，與此同時，還要在原有的控制原理上進行改進完善，并融入新的電子信息技術(shù)，只有這樣才能夠保證生產(chǎn)效率大幅提升。

3.3 優(yōu)化功能模塊

現(xiàn)階段，機械構(gòu)件和電子線路的結(jié)合無法真正意義上實現(xiàn)機電一體化設(shè)計的革新，設(shè)計人員必須要結(jié)合機電一體化設(shè)計理念，對生產(chǎn)環(huán)節(jié)涉及的各個功能模塊進行整合和優(yōu)化，確保各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)有效銜接，進而構(gòu)建一體化機電系統(tǒng)，保證產(chǎn)品達到質(zhì)量標準。

4 自動控制技術(shù)一體化設(shè)計的具體應(yīng)用

4.1 在提升機電控制系統(tǒng)效率方面的應(yīng)用

傳統(tǒng)模式下的機電控制系統(tǒng)而言，其主要工作是控制生產(chǎn)階段的基礎(chǔ)操作層面，各個基礎(chǔ)層面與機構(gòu)均是獨立系統(tǒng)，無法進行有效銜接，導致整個生產(chǎn)流程單一，只進行重復(fù)性高的簡單工作，而達不到較高的生產(chǎn)效率。通過自動控制技術(shù)一體化系統(tǒng)可以達到較高層面的生產(chǎn)控制，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)階段的全局智能化管理控制。智能控制系統(tǒng)將各個生產(chǎn)機構(gòu)和功能系統(tǒng)進行有序分工，讓其各自按照系統(tǒng)發(fā)出的各項指令、代碼完成各項任務(wù)，形成一整套程序化制定。與此同時，將高級指令信息反饋到基礎(chǔ)的系統(tǒng)機構(gòu)，保證機構(gòu)和系統(tǒng)分工、協(xié)同工作，進而達到預(yù)設(shè)的生產(chǎn)目標。通過智能化技術(shù)與機電控制系統(tǒng)的有機融合，對整個生產(chǎn)流程進行優(yōu)化，生產(chǎn)方式也發(fā)生了質(zhì)的改進，縮短了生產(chǎn)時間，極大地提高了生產(chǎn)效率，助推機電控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定高效發(fā)展。

自動控制技術(shù)一體化控制系統(tǒng)在整個系統(tǒng)的頂層對生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各項控制器進行控制和管理。但是，實際操作必須需要執(zhí)行機構(gòu)參與其中，進行基礎(chǔ)的生產(chǎn)操作，形成頂層和基礎(chǔ)層的有序貫穿和協(xié)同工作。通過將控制系統(tǒng)和智能化技術(shù)有機結(jié)合，融合多種類型的算法、指令，保證控制器根據(jù)外界環(huán)境和各項因素的改變對控制參數(shù)進行智能化輸出，實現(xiàn)動態(tài)化調(diào)節(jié)，最終能夠滿足預(yù)設(shè)生產(chǎn)目標。在整個生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)未發(fā)生實質(zhì)性的改變，但是可以對控制目標進行有效調(diào)節(jié)，仍然能夠利用智能算法實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。

4.2 在降低機電控制系統(tǒng)生產(chǎn)成本方面的應(yīng)用

企業(yè)在生產(chǎn)過程中的成本控制對企業(yè)的長遠發(fā)展有著極其重要的作用，生產(chǎn)成本增加就會導致生產(chǎn)效益降低，對企業(yè)的發(fā)展是極為不利的，甚至是致命的。雖然傳統(tǒng)機電控制系統(tǒng)在一定程度上節(jié)約了企業(yè)的人力成本開支，能夠完成24 h不間斷的流水線工作，也可以進行一些簡單的、重復(fù)性較高的工作，但是隨著信息化、智能化工業(yè)時代的發(fā)展，各行各業(yè)對產(chǎn)品質(zhì)量的追求不斷提高，傳統(tǒng)機電控制系統(tǒng)在企業(yè)生產(chǎn)方面越來越難以滿足供應(yīng)商、合作商和相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)的需求，人員開支和人力成本的不斷增加導致企業(yè)的發(fā)展越來越艱難。智能控制技術(shù)有著傳統(tǒng)機電控制系統(tǒng)無法比擬的強大功能和巨大優(yōu)勢，它和傳統(tǒng)機電控制系統(tǒng)的融合，使企業(yè)的生產(chǎn)過程對人力的需求顯著減少，由此相應(yīng)的人力成本就可以控制在更低的水平，生產(chǎn)成本的降低最終能夠提升企業(yè)效益，實現(xiàn)企業(yè)的長遠發(fā)展。智能控制技術(shù)擁有自主學習、自適應(yīng)、自動調(diào)節(jié)的能力，控制系統(tǒng)工作的時間越久，適應(yīng)能力就越強，企業(yè)生產(chǎn)過程中的機電設(shè)備的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量就越高，這對企業(yè)的長遠發(fā)展而言都是極其重要的影響因素。

4.3 在機電控制系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的應(yīng)用

無論是機器設(shè)備還是工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，在生產(chǎn)工作過程中都會因為環(huán)境問題、人為操作問題、機器本身壽命問題等產(chǎn)生各種各樣的故障，有些故障開始出現(xiàn)的時候是很細小的，對生產(chǎn)過程不會造成太大的影響，但是如果任由其發(fā)展，隨著時間的流逝，最終會對整個系統(tǒng)的計算產(chǎn)生較大影響，容錯率也會大幅度提高。要想最大限度地降低電子設(shè)備的穩(wěn)定性，可以借助智能機器人技術(shù)來實現(xiàn)，這對于機電工程快速穩(wěn)定健康的發(fā)展具有十分重要的意義。人工智能系統(tǒng)可以對系統(tǒng)發(fā)出的各項信號進行自動識別，通過內(nèi)部算法對各項數(shù)據(jù)進行快速、準確的整理和儲存，使得機械電子產(chǎn)品的生產(chǎn)效率得到了明顯提高，此外生產(chǎn)的精度較傳統(tǒng)控制模式也大幅提高，很大程度上提高了整個生產(chǎn)企業(yè)的綜合實力，幫助其在激烈地市場占有一席之地。充分運用智能技術(shù)構(gòu)建相應(yīng)系統(tǒng)，使得各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)能夠有序銜接，生產(chǎn)效率實現(xiàn)了較大提高。例如，智能電子機器在生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。企業(yè)生產(chǎn)階段需要面臨兩個關(guān)鍵性問題：①生產(chǎn)效率要提高，滿足市場需求。智能電子機器人代替人工操作，確保整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都處于無人運行狀態(tài)，將生產(chǎn)安全隱患降至最低，生產(chǎn)安全性得到了增強，進而生產(chǎn)企業(yè)的工作效率得到明顯提高。②生產(chǎn)安全性要得到保障。整個智能化控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有實時的全方位的監(jiān)控平臺、遇到安全事故可自動斷電的處理系統(tǒng)等安全應(yīng)用系統(tǒng)，成為企業(yè)穩(wěn)步健康發(fā)展的重要保障。

4.4 在交流伺服領(lǐng)域中的應(yīng)用

交流伺服系統(tǒng)主要是對機電一體化系統(tǒng)運行質(zhì)量及其動態(tài)變化進行控制的環(huán)節(jié)，工作流程較為繁瑣，比如在某個工作流程中所要設(shè)置的參數(shù)可能比較多，并且在眾多的參數(shù)中還涉及到動態(tài)參數(shù)的設(shè)置，使得機電系統(tǒng)在正常的工作下有眾多的不確定因素。通過智能控制技術(shù)的運行，可以更有效地管控動態(tài)參數(shù)，從而提高了設(shè)備運行的效率，減少系統(tǒng)的依賴性，幫助一些中小型企業(yè)提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了成本。

5 結(jié)束語

自動控制技術(shù)一體化控制系統(tǒng)對未來的工業(yè)發(fā)展的影響不可估量，也極大地促進了機電控制技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵。以智能信息技術(shù)為背景的智能工業(yè)化發(fā)展也響應(yīng)了國家“工業(yè)4.0”的精神。隨著智能控制技術(shù)成熟，可以更好地提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率并增長機電設(shè)備的使用壽命。

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