黃榕

摘 要：將控制工程運(yùn)用在機(jī)械電子工程中，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)械工程能量連接向智能化連接形式的全方位轉(zhuǎn)變。因此，要加強(qiáng)對(duì)控制工程的運(yùn)用，發(fā)揮控制工程在機(jī)械電子工程中的最大價(jià)值。在了解行業(yè)最新發(fā)展趨勢(shì)的前提條件下，確保技術(shù)應(yīng)用的合理性，進(jìn)而提高企業(yè)在市場(chǎng)中的核心競(jìng)爭(zhēng)力。基于此，針對(duì)控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用展開研究，并提出運(yùn)用策略，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械電子工程；控制工程；技術(shù)運(yùn)用

中圖分類號(hào)：TU71? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-6903（2023）06-0054-03

0 引言

將機(jī)械工程與電子技術(shù)深度融合的研究最早起源于二十世紀(jì)。研究初期，機(jī)械工程和電子技術(shù)是簡(jiǎn)單的“塊與塊”之間的關(guān)系，或是可以在功能結(jié)構(gòu)上進(jìn)行相互替代。在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展速度日漸加快的當(dāng)下，機(jī)械系統(tǒng)和電子系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)真正的融合，創(chuàng)造出了機(jī)械電子工程這一全新的研究領(lǐng)域。再加上人工智能技術(shù)在各行各業(yè)的全方位滲透，使得機(jī)械電子從簡(jiǎn)單的功能連接、能量連接轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⑦B接，并通過信息化驅(qū)動(dòng)，改善企業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，讓企業(yè)的機(jī)械電子系統(tǒng)逐步走向智能化的發(fā)展之路。

1 控制理論及控制工程概述

控制理論最早源自英國的技術(shù)革命。在瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)之后，有相關(guān)研究學(xué)者想要將離心式飛錘調(diào)速器的基本控制原理運(yùn)用在蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度管理中，由此開辟了將蒸汽機(jī)作為發(fā)展動(dòng)力的研究新篇章。隨著電氣工程師在機(jī)械工程事業(yè)上的持續(xù)探索和研究，機(jī)械工程生產(chǎn)過程中的控制分析系統(tǒng)變得更加科學(xué)和系統(tǒng)化。

如今，通訊行業(yè)獲得了蓬勃發(fā)展，其中以大數(shù)據(jù)控制技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表，實(shí)現(xiàn)了多行業(yè)之間的深度融合，成為通訊行業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，逐步成為基礎(chǔ)性學(xué)科?？刂葡到y(tǒng)的各種理論和方法，包括系統(tǒng)穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)、反饋調(diào)節(jié)和智能系統(tǒng)等，在機(jī)械行業(yè)發(fā)展過程中獲得了全方位的推廣。

有研究學(xué)者認(rèn)為，控制理論和控制工程并不是簡(jiǎn)單的研究型學(xué)科，因?yàn)榭刂乒こ滩粌H可以運(yùn)用在科學(xué)研究和機(jī)械工程中，對(duì)于人文學(xué)科的發(fā)展也有一定的現(xiàn)實(shí)意義。目前，控制理論及相關(guān)功能已經(jīng)成為各行各業(yè)發(fā)展的系統(tǒng)化研究方法?？刂乒こ碳跋嚓P(guān)理論具有一定的普適性，將控制工程用在科學(xué)研究中，已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

控制工程結(jié)合了工程理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)理論，是對(duì)自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行處理的新興技術(shù)，在機(jī)械電子工程中獲得了全方位運(yùn)用。其技術(shù)研究重點(diǎn)在于多輸入、多輸出、改變參數(shù)和非線性設(shè)計(jì)，因此對(duì)于優(yōu)化機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展水平意義重大。而機(jī)械電子工程并不是單一的工程學(xué)科，多以模塊化的方式來完成系統(tǒng)的操作需求，其構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，可以減少傳統(tǒng)機(jī)械工程生產(chǎn)過程中的系統(tǒng)占地總面積，改善了電子工程的運(yùn)轉(zhuǎn)性能[1]。伴隨著機(jī)械電子工程系統(tǒng)的越發(fā)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)之間的有機(jī)融合，才可以使機(jī)械電子工程領(lǐng)域獲得又好又快的高質(zhì)量發(fā)展。

2 控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用價(jià)值

2.1 減少不當(dāng)操作行為

將控制工程運(yùn)用在機(jī)械電子工程中，可以使得操作過程更為便捷，無需復(fù)雜的操作技術(shù)，避免相關(guān)工作人員由于操作復(fù)雜度較高，導(dǎo)致操作不當(dāng)，引起企業(yè)生產(chǎn)事故。由于控制工程具備較強(qiáng)的靈活性，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)企業(yè)電子工程實(shí)施過程中存在的各類問題。通過將控制工程運(yùn)用在機(jī)械電子工程中，可以加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)人工操作失誤，則會(huì)第一時(shí)間作出反應(yīng)。據(jù)此制定出針對(duì)性的措施予以解決，有利于改善機(jī)械電子工程的整體效益與生產(chǎn)質(zhì)量[2]。

2.2 提高數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性

在機(jī)械電子工程的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，受到技術(shù)、設(shè)備等多方因素的影響，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息不夠精準(zhǔn)，浪費(fèi)大量的人力、物力，卻無法提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。但是將控制工程運(yùn)用在機(jī)械電子工程中，可以保障數(shù)據(jù)信息獲取得更為全面。利用其中的智能技術(shù)收集多方數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)歸納，有效避免由于信息收集存在錯(cuò)誤缺失以及不準(zhǔn)確，導(dǎo)致企業(yè)的生產(chǎn)存在偏差，提高了信息的綜合利用率。

2.3 增強(qiáng)機(jī)械電子工程控制能力

目前我國控制工程的理論研究和實(shí)踐操作已經(jīng)逐步上升到了智能化控制層面。將其運(yùn)用在機(jī)械電子工程中，可以將數(shù)據(jù)信息更為精準(zhǔn)地反饋到系統(tǒng)，改善了系統(tǒng)的綜合控制能力。

對(duì)企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中出現(xiàn)電力故障或其他問題，系統(tǒng)就會(huì)立即啟動(dòng)保護(hù)措施，由此降低了安全事故出現(xiàn)的概率，使得機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全可靠性得到增強(qiáng)[3]。借助程序控制技術(shù)，對(duì)機(jī)械制造的實(shí)際情況進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，彌補(bǔ)傳統(tǒng)控制方法存在的滯后性。對(duì)于技術(shù)較為成熟的機(jī)械電子工程來說，可以通過對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行三維建模，調(diào)整其外部參數(shù)，自動(dòng)選擇最優(yōu)化的工作程序，改善企業(yè)的生產(chǎn)效率。

3 控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用策略

3.1 集成自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用

目前集成自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛使用在機(jī)械電子工程中，是控制工程應(yīng)用在機(jī)械電子工程中的典型代表。集成自動(dòng)控制技術(shù)是將信息技術(shù)作為基礎(chǔ)條件，具備一定的創(chuàng)新性，對(duì)于改善機(jī)械電子設(shè)備的控制效果，有著非常重要的現(xiàn)實(shí)作用。

在設(shè)備的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行條件進(jìn)行全方位信息收集、資源整合，綜合信息的實(shí)際情況，用科學(xué)合理的控制辦法，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同設(shè)備的全方位集成管控[4]。目前，柔性自動(dòng)控制已經(jīng)逐步成為集成自動(dòng)控制技術(shù)的必然發(fā)展趨勢(shì)，通過柔性自動(dòng)控制辦法，可以改善機(jī)械設(shè)備的綜合生產(chǎn)效率。

3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，主要是指通過構(gòu)建出類似人腦的網(wǎng)絡(luò)控制神經(jīng)系統(tǒng)，它借助不同的神經(jīng)元來對(duì)企業(yè)中的機(jī)械電子設(shè)備進(jìn)行全方位管控，減少人力資源的投入總量，改善企業(yè)的工作效率。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制終端，可以將其內(nèi)部的所有神經(jīng)元進(jìn)行統(tǒng)一控制，并將處理之后的數(shù)據(jù)信息直接反饋到神經(jīng)元，神經(jīng)元經(jīng)過計(jì)算之后，將工作內(nèi)容分配到不同的機(jī)械電子設(shè)備。

對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)過程中用到的CNC設(shè)備，傳統(tǒng)的控制辦法主要以手動(dòng)控制操作為主，無法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別、有效處理。但是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)運(yùn)用在數(shù)控設(shè)備的控制過程中，有關(guān)工作人員只需要對(duì)系統(tǒng)操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，便可對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)節(jié)。這不僅可避免由于人工操作失誤帶來的負(fù)面影響，也可以降低安全事故出現(xiàn)的概率。

3.3 預(yù)測(cè)控制技術(shù)的應(yīng)用

在控制工程中，預(yù)測(cè)控制技術(shù)為其中的重要技術(shù)類型。在機(jī)械電子工程的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，用到的單元設(shè)備較為豐富，生產(chǎn)過程較為復(fù)雜，很容易由于某個(gè)單元設(shè)備出現(xiàn)故障，導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線直接崩潰，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量也無法符合要求。借助電子信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)機(jī)械電子工程設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，并綜合分析數(shù)據(jù)結(jié)果，對(duì)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，掌握其未來在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中是否會(huì)出現(xiàn)故障問題，以提前介入設(shè)備管理，可避免故障，改善設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)工作效率[5]。

高速液壓機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)導(dǎo)致其部件出現(xiàn)不同程度的磨損，進(jìn)而導(dǎo)致其運(yùn)行速度下降，影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。通過將預(yù)測(cè)控制技術(shù)應(yīng)用在其中，可以綜合高速液壓機(jī)的實(shí)際狀態(tài)，構(gòu)建出三維預(yù)測(cè)立體模型，進(jìn)行智能化管控，借助智能系統(tǒng)對(duì)其速度和壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.4 魯棒控制技術(shù)的應(yīng)用

魯棒控制技術(shù)主要是指在機(jī)械電子工程中安裝對(duì)應(yīng)控制器，并對(duì)控制器性能進(jìn)行調(diào)節(jié)，以解決在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中存在的各類問題，是我國控制工程中的重要技術(shù)之一。工作人員可以通過對(duì)控制理論的借鑒，綜合企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)內(nèi)容，對(duì)魯棒控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程目標(biāo)軌跡操作的精準(zhǔn)管理。將魯棒控制技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械電子工程設(shè)備管理中，可以解決由于外部因素干擾所帶來的生產(chǎn)效率下降、生產(chǎn)質(zhì)量不足等問題。

在設(shè)備出現(xiàn)故障、受到外界因素干擾時(shí)，控制系統(tǒng)可以通過運(yùn)用魯棒控制器保障其正常的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。尤其是將魯棒控制技術(shù)運(yùn)用在柔性臂軌和滑膜結(jié)構(gòu)的運(yùn)行管理工作中，可以使得相關(guān)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性得到增強(qiáng)，設(shè)備使用的穩(wěn)定性得到全方位改善。

3.5 模糊控制技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)機(jī)械電子工程設(shè)備操作過程中，其操作程序較為復(fù)雜，生產(chǎn)效率下降，同時(shí)人力資源的大量投入，也難以保證企業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。將模糊控制技術(shù)運(yùn)用在其中，則可以解決這一問題。模糊控制技術(shù)主要是綜合產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)誤差范圍，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計(jì)，以改善機(jī)械電子工程的運(yùn)行效率，進(jìn)一步降低成本投入。

通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建設(shè)三維立體模擬程序，對(duì)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程進(jìn)行在線模擬，通過立體模型，對(duì)機(jī)械設(shè)備的性能和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行分析。然后展開模擬操作，若是存在問題，可以第一時(shí)間介入。模擬操作既可以簡(jiǎn)化企業(yè)的操作程序，又可以保障企業(yè)的生產(chǎn)效率，減少人力和物力資源的投入，符合企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展需求，是幫助企業(yè)降本增效的核心途徑。

4 具體應(yīng)用

4.1 機(jī)械磨削精度

在機(jī)械元器件的生產(chǎn)過程中，確保元器件生產(chǎn)的高質(zhì)量和高精度，是企業(yè)生產(chǎn)的終極目標(biāo)。影響螺紋磨床磨削質(zhì)量的因素較多，除了生產(chǎn)設(shè)備本身性能不足，環(huán)境以及磨削掌控力度的影響，也會(huì)導(dǎo)致螺紋磨床生產(chǎn)質(zhì)量難以達(dá)標(biāo)[6]。通過將控制工程中的專家精度控制系統(tǒng)運(yùn)用在其中，可以針對(duì)螺紋磨床生產(chǎn)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)化管理、智能化補(bǔ)償控制，并針對(duì)有可能會(huì)影響螺紋磨床誤差的多項(xiàng)因素展開深度分析，及時(shí)制定出針對(duì)性的管理目標(biāo)，進(jìn)一步降低誤差的負(fù)面影響，使機(jī)械磨削精準(zhǔn)度得到全方位提升。

4.2 機(jī)械加工過程

近年來，機(jī)械加工流程變得越來越復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)的機(jī)械加工過程控制辦法已經(jīng)無法滿足新時(shí)期企業(yè)的發(fā)展需求。將控制工程中的模糊控制理論運(yùn)用在其中，可以將復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化、算法使用簡(jiǎn)易化、編程修改易操作化，彌補(bǔ)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)存在的不足之處。通過模糊控制機(jī)制，可以對(duì)測(cè)量值和變化率進(jìn)行設(shè)定，盡最大可能達(dá)成企業(yè)的控制目標(biāo)。

4.3 柔性機(jī)械臂軌跡跟蹤

在機(jī)械制造行業(yè)的生產(chǎn)過程中，柔性機(jī)械臂制造為其中的典型自動(dòng)化控制內(nèi)容。柔性機(jī)械臂主要以分布式參數(shù)系統(tǒng)為主，對(duì)耦合性提出較高的控制要求?？梢酝ㄟ^運(yùn)用控制工程中的“滑模變結(jié)構(gòu)控制方法”，展開柔性機(jī)械臂“慢變控制器”的研發(fā)設(shè)計(jì)，并通過運(yùn)用魯棒控制器以及“H∞控制理論”，研發(fā)“快變控制器”，在慢變控制器與快變控制器的融合運(yùn)用下，對(duì)柔性機(jī)械臂使用過程中的不確定性問題展開管控。利用補(bǔ)償控制算法，針對(duì)其軌跡進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，隨時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償控制，可確保其工作控制的精準(zhǔn)度更高。

4.4 高速液壓機(jī)

作為工業(yè)生產(chǎn)過程中無法缺少的一類機(jī)械設(shè)備，液壓機(jī)在各行各業(yè)高速發(fā)展的社會(huì)背景下，其速度和壓力要求變得越來越高。實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)的高速度和高壓力，已經(jīng)成為其未來創(chuàng)新發(fā)展過程中的必然趨勢(shì)。在提升壓力和速度的過程中，將會(huì)對(duì)高速液壓機(jī)的控制范圍或控制精度帶來一定程度的影響。

因此，為了滿足企業(yè)的設(shè)備使用實(shí)際需求，減少設(shè)備的負(fù)面影響，可以通過運(yùn)用控制工程中的預(yù)測(cè)控制技術(shù)，在數(shù)據(jù)信息整合分析的基礎(chǔ)條件下，構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，并對(duì)液壓機(jī)操控系統(tǒng)誤差變化規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)、計(jì)算，隨后在控制器中輸入和輸出值，減少外界因素對(duì)系統(tǒng)帶來的負(fù)面影響。

4.5 數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床是將控制工程運(yùn)用在機(jī)械電子工程中的主要代表。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是利用生物仿生學(xué)原理，通過網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元彼此之間的緊密連接，形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，對(duì)機(jī)床生產(chǎn)過程中的大量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行規(guī)?；幚?。其具備一定的人腦自我組織能力和學(xué)習(xí)能力，從根本上改善系統(tǒng)的自動(dòng)化控制能力。尤其是數(shù)控機(jī)床作為機(jī)械生產(chǎn)過程中無法缺少的重要自動(dòng)化設(shè)備，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)用在其中，可以使得機(jī)械元器件的切削工作更為精準(zhǔn)[7]。

5 結(jié)束語

作為工業(yè)發(fā)展過程中無法缺少的重要存在，控制工程對(duì)于機(jī)械電子工程的創(chuàng)新發(fā)展意義重大。伴隨著近些年控制工程理念和技術(shù)的越發(fā)完善，實(shí)現(xiàn)和機(jī)械電子工程的融合發(fā)展，已經(jīng)成為行業(yè)提高影響力的重要途徑。因此需有關(guān)技術(shù)工作人員了解控制工程在機(jī)械電子工程中的使用價(jià)值、運(yùn)用策略以及具體使用領(lǐng)域，發(fā)揮出控制工程的最大價(jià)值，推動(dòng)機(jī)械電子工程行業(yè)走向高質(zhì)量發(fā)展。

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