機(jī)械工程控制論的應(yīng)用之我見

孫嬪

摘 要：控制論誕生于20世紀(jì)，它影響并推動(dòng)著多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展。例如航天航空、自動(dòng)控制、經(jīng)濟(jì)管理等等。在控制論日漸的今天，很多術(shù)語可以在日常中見到，但是人們卻并不清楚它的淵源。那么在機(jī)械工程中，控制論占據(jù)多么重要的地位呢？

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程；控制論；應(yīng)用

1 什么是機(jī)械工程控制論

控制論最開始是在二戰(zhàn)中，為了可以制造出準(zhǔn)確并且快速的計(jì)算飛機(jī)與炮彈相遇時(shí)飛機(jī)的準(zhǔn)確位置，為了使受人力操控的武器裝備形成一個(gè)比較完善、統(tǒng)一的控制體系，而誕生的主要關(guān)于人和機(jī)器器械的問題的理論。控制論典型是集百家之長，它的形成是研究者們使用不同領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)融合研究所得出的新理論。所以它自身不隸屬于任何一個(gè)學(xué)科，它是一個(gè)單獨(dú)的、全新的研究領(lǐng)域。

控制論中，系統(tǒng)在受到外界環(huán)境影響之下的反應(yīng)被稱為行為。系統(tǒng)在有行為的情況之下才會(huì)保持或達(dá)到既定的目標(biāo)。而這里的行為就是指輸入和輸出。當(dāng)我們不能研究出它最本源的組成部分或構(gòu)架的時(shí)候，我們可以對(duì)其整體的外部表現(xiàn)進(jìn)行研究。所以人和機(jī)器器械的研究方面有著共同規(guī)律。我們都可以對(duì)他們進(jìn)行外部的研究。

控制論在很多領(lǐng)域中都有所應(yīng)用，而且控制論的影響之大，曾被法國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家安培稱為管理國家的學(xué)科。所以機(jī)械工程控制論，顧名思義，就是指控制論在機(jī)械工程領(lǐng)域當(dāng)中的發(fā)展和使用。人和機(jī)器的互相作用是原有機(jī)械工程領(lǐng)域中制造技術(shù)的代表。當(dāng)人們意識(shí)到有某種需求的時(shí)候，就會(huì)通過自身的行動(dòng)力，利用機(jī)械機(jī)器進(jìn)行制造和加工。隨著機(jī)械工程各方面的進(jìn)步，機(jī)械制造和加工也會(huì)因?yàn)楦簧掀餍蛋l(fā)展的腳步而出現(xiàn)一系列的問題。因此，認(rèn)為在實(shí)踐的過程當(dāng)中也發(fā)現(xiàn)問題，積累著經(jīng)驗(yàn)。主要是關(guān)于機(jī)械設(shè)備與機(jī)械加工配合的問題。但是在發(fā)展初期，很多問題是沒有被重視，或者是不能解決的。也許是因?yàn)槿藗兊男枨蟛粔蛩圆恢劣诒┞冻鋈秉c(diǎn)。也許是因?yàn)楹茈S機(jī)的因素，讓一些問題的解決停滯下來。所以機(jī)械工程發(fā)展的開端并不能解決一些存在的問題，甚至是不能發(fā)現(xiàn)存在的問題。但是在逐步發(fā)展的過程中，因?yàn)闄C(jī)床機(jī)構(gòu)與刀具材料的升級(jí)，機(jī)械生產(chǎn)的效率也大大提高，質(zhì)量也得到了保障，數(shù)量也在控制之內(nèi)。一些因?yàn)槿斯げ僮鞫鴮?dǎo)致的問題被電子技術(shù)、電氣技術(shù)等技術(shù)代替之后迎刃而解。

2 控制論的基本方法

在控制論中，外界環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的作用下所給予的回應(yīng)叫做行為。系統(tǒng)必須通過有所行為而達(dá)成一個(gè)既定的高度。簡單的來講，系統(tǒng)的行為是指輸入和輸出。當(dāng)外界對(duì)一個(gè)個(gè)體有作用時(shí)，個(gè)體會(huì)給出一定的反應(yīng)，就是一系列的行為。很多種情況之下，我們是不能具體研究出系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的，但是我們可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體的研究。這是一種轉(zhuǎn)變研究位置的方式，但是所達(dá)成的目的是一致的。

控制論應(yīng)用于衍生和派生。是一種類比方式，將后生事物與原生事物作比較，所以控制論也將模型比作一個(gè)系統(tǒng)，從而將這個(gè)系統(tǒng)與所研究的系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比、研究。兩個(gè)系統(tǒng)一定是有相似之處的，但是他們也有對(duì)方?jīng)]有的優(yōu)點(diǎn)，模型一些優(yōu)點(diǎn)是否可以取代原型的優(yōu)點(diǎn)，從而進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化。如果只有模型，缺乏原型，研究者為了得出原型而去研究模型。控制論在大量的研究當(dāng)中使用模擬實(shí)踐，它的特點(diǎn)在于功能模擬。也就是使用模型來功能模擬原型的功能。它們之間的聯(lián)系就是模擬和被模擬的功能行為。例如計(jì)算機(jī)和人類大腦一些功能是相似的，但是二者的構(gòu)造完全不同。所以控制論就是結(jié)合了黑箱方法、類比法以及功能模擬法。

3 控制論在機(jī)械研究中能研究并解決的問題

機(jī)械工程控制論主要是在機(jī)械工程這個(gè)大環(huán)境之中，控制論所發(fā)揮作用。也是指研究機(jī)械工程領(lǐng)域中宏觀的動(dòng)力學(xué)問題。其中包括上文涉及到的系統(tǒng)、輸入和輸出的問題。

控制一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)并不是像說出來的那么簡單，它需要通過系統(tǒng)具體的動(dòng)態(tài)特征的研究，內(nèi)部信息傳遞的具體規(guī)律和在外力環(huán)境作用之下的回應(yīng)反應(yīng)。我們最后的目標(biāo)就是通過尋找系統(tǒng)的規(guī)律，再讓它按照我們所想要讓其按照的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，或是制定計(jì)劃和目標(biāo)，精準(zhǔn)的控查機(jī)械生產(chǎn)的過程，從而達(dá)到之前制定的計(jì)劃目標(biāo)。

機(jī)械工程中存在的問題，不僅僅是指對(duì)外加工的問題，它的問題也可能出現(xiàn)在自身。機(jī)械的噪聲振動(dòng)，加工質(zhì)量以及其精度和加工的時(shí)間長短等問題，我們通過控制論可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致這些問題的最本質(zhì)的原因。發(fā)現(xiàn)問題之后，可以利用控制論的一系列理論來解決問題。

控制論作為科技前沿的衍生品，它解決了很多之前不能解決的問題。例如使用控制論研究出關(guān)于鋼筋加熱幅的控制問題。控制論也被引用到機(jī)床設(shè)計(jì)。所以，控制論在各個(gè)領(lǐng)域中所發(fā)揮的作用是不可限量的。

控制論的新，就在于它是以整體為出發(fā)點(diǎn)的，聯(lián)系到整體，且是動(dòng)態(tài)的，在這樣的特點(diǎn)之下，我們可以尋找出很多規(guī)律從而進(jìn)行研究。

4 機(jī)械工程中控制論的作用

首先我們介紹的是切削振動(dòng)中的強(qiáng)迫振動(dòng)。振動(dòng)系統(tǒng)在周期性的外力作用下，其所發(fā)生的振動(dòng)為受迫振動(dòng)。在這個(gè)周期當(dāng)中，我們將其外力叫做驅(qū)動(dòng)力。所以，強(qiáng)迫振動(dòng)是在受到外力連續(xù)的作用下所發(fā)生的振動(dòng)。如果我們想避免強(qiáng)迫振動(dòng)，可以從根源上解決，就是去除振源，但是如果可以改變我們受力的系統(tǒng)所傳遞的函數(shù)，可以更加可靠的解決這一問題。從而減小振幅或者去除振動(dòng)。其次是自激振動(dòng)，自激振動(dòng)又稱為負(fù)阻尼振動(dòng)。自激振動(dòng)，顧名思義，是來自于自身的振動(dòng)而非受到了外界的作用力。振動(dòng)自身運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的阻尼使得振動(dòng)更加劇烈。它帶有低頻諧波。其穩(wěn)定在控制之內(nèi)的切削力范圍之內(nèi)，但是在控制之外則反之。所以，控制理論就可以分析反饋環(huán)節(jié)中的問題，從而解決問題，減小自激振動(dòng)的不良影響。可以說，機(jī)械工作可以被視為宏觀的動(dòng)力運(yùn)動(dòng)。在切削當(dāng)中，各個(gè)方面的發(fā)展都會(huì)帶動(dòng)其他方面的發(fā)展，但是發(fā)展之初則是問題重重，解決了問題才會(huì)有徹底的發(fā)展。例如熱變形的規(guī)律是怎樣的？切削加工的質(zhì)量和精度如何被提高？切削振動(dòng)該怎么避免等問題都會(huì)得到解決。

5 結(jié)束語

控制論在機(jī)械工程中的作用，毫無疑問是巨大的。控制論被應(yīng)用于機(jī)械工程中的時(shí)間很短，但是努力靈活使用控制論的方式，結(jié)合機(jī)械工程中常見的問題，并加以解決，相信可以得出更多有價(jià)值的解決新問題的答案和方式。

參考文獻(xiàn)

[1]董明曉，李瑞川，陳繼文，等.面向控制論思維方式培養(yǎng)的機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程教學(xué)方法探索[J].教學(xué)研究，2013，36（1）：55-57.

[2]袁建暢.機(jī)械工程控制論的應(yīng)用[J].西北紡織工學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，15（3）：62-66.

[3]陳廣慶，楊前明.機(jī)械工程控制基礎(chǔ)課程教學(xué)方法淺析[J].中國教育技術(shù)裝備，2010（24）：41-42.

[4]顏澤賢.復(fù)雜性探索與控制論發(fā)展[J].自然辯證法研究，2005，21（6）：11-15+20.

[5]李振杰.《機(jī)械工程控制基礎(chǔ)》緒論教學(xué)方法的探究[J].科技信息，2013（4）：175-176.