淺談機電控制系統的自動控制技術與一體化設計

摘 要：機電控制技術隨著時代的發展和科技的進步已經逐漸成為一項綜合性技術，需要多項技術相互滲透、交叉來共同完成，其中包括自動控制技術、信息處理技術、伺服傳動技術等等。機電一體化的構想使其產品具有智能化、綠色化、人性化等特點，體現了一種進步思想，也對人類社會的發展產生了巨大的推動和促進作用。本文首先對機電控制系統和自動控制技術進行了相關的介紹，幫助認識技術特點和要領；然后描述了機電一體化設計思想，表現該設計的優勢；最后討論了機電一體化產品的三種主要的設計方法，對不同類型的產品進行不同的加工，對機電控制技術的進一步研究和發展有很大的幫助。

關鍵詞：機電控制系統；自動控制技術；一體化設計

隨著我國生產力的不斷發展和科學水平的提高，自動化控制技術得到廣泛的應用，已經成為人類社會發展不可缺少的重要部分。利用自動化生產控制技術，不僅有利于擴大生產規模，而且體現了技術上的先進性，對其進行深入研究和分析意義重大。機電一體化在我國制造業地位顯著，具有卓越的創新思維，在產品上的應用也越來越完善。當然，不同類型的產品在進行設計的過程中需要采取不同的方法，根據實際情況選擇最合理的方法才能確保產品制作過程的順利。

一、機電控制系統和自動控制技術的介紹

（一）機電控制系統。機電控制系統的核心元素是控制，它是指在無人參與和指導下，利用控制裝置的作用使機器、設備或生產的過程能夠自動按照設計好的方式運行，共同完成指定任務。機電控制通過一套完整的系統把控制器、控制對象和其他部件組合在一起，需要多種技術的共同配合來完成，例如微電子、信息處理、通信、自動控制等技術。所以，機電控制技術是一項綜合性技術，主要包括檢測傳感、自動控制、信息處理、伺服傳送這四種技術方式。隨著計算機的發展和開發，機電控制系統出現之后便得到大力推廣，現已經在生產制造、航空航天等領域被廣泛的應用著，占據較為穩定的地位。

機電控制系統主要進行遠程控制，管理人員可以通過異地撥號或者網絡連接來遠程控制異地的計算機，來完成相應的任務或指令。這種控制技術基于網絡平臺，可以對系統的每一個過程實時監督，保證人機之間可以隨時建立聯系。

（二）自動控制技術。自動控制技術是指通過控制器使被控制的對象或過程能夠自動按照預定的規律運行的一種技術方式。這一技術的理論基礎是自動控制原理，通過協調機械、電器的各部件共同工作來有效完成動作過程，在機電控制系統中扮演著重要的角色。自動控制原理分為經典控制理論和現代控制理論，統稱為傳統控制理論。第一種理論的研究對象是針對單變量的線性時不變系統，這種理論要借助數學工具拉普拉斯變換，利用函數傳遞的方法在頻率域進行系統分析。經典控制理論也叫自動調節原理，在負反饋閉環系統中，通過自動調節器的反饋作用來控制系統的中心環境。第二種理論的研究對象則是多變量、非線性和時變系統，借助的數學工具為矩陣論、線性代數和集合論等。它的研究內容主要是“四種控制”，分別是最優控制、自適應控制、隨機控制和魯棒控制，利用狀態空間的方法在時間域內作系統分析，根據所處的狀態或條件來分析下一步會出現的狀態，然后用狀態方程來描述整個系統過程。這兩種理論存在的共同之處就是把被控制對象的精確數學模型作為基礎，把控制對象和其他干擾因素都用嚴格的數學方程和函數來表示。但是隨著時代的發展，21世紀的智能化進程更進一步，傳統控制理論越來越顯得有氣無力，而新興的智能控制系統則完全得心應手，表現出強大的功能和優勢。智能控制是多個領域相互交叉的學科，目前發展也只是初步階段，還需要根據實際情況不斷補充和完善才能發揮出更加重要的作用和優勢。

在機電控制技術中，自動控制技術非常重要，主要負責提高產品精度、加工效率、設備利用率等問題，技術的關鍵就是依據現代控制理論，表現出工程化和實用化的特點，優化控制模型，精確邊界條件等。不過，任何技術要想在社會快速發展的今天不被淘汰或取代，就必須不斷地進行改進和優化，全面適應發展需求。所以，自動控制技術也應該根據實際情況努力實現突破和創新。

二、機電一體化設計思想

根據調查，最早機電一體化是由日本的一家機械整形協會經濟研究所提出的，他們設想將電子技術加入機構中的動力功能、主功能等加以控制和管理，實現電子設計、軟件設計和接卸裝置三者融合成一個統一的整體，非常具有創造性。后來隨著社會經濟的發展和科技的進步，機電一體化的思想越來越成熟，也逐步發展成一個較為完善的學科。在對產品進行設計工作時，機電一體化要求系統分析設計產品，反復審核，綜合結果，不斷進行修改和完善，從而達到最理想的效果。作為世界制造業的大國，我國出現并推廣機電一體化思想是非常必要的，使產品表現出智能化、人性化、綠色化、微型化等先進理念，具有一定優越性。另外，機電一體化的產品有機融合了微電子技術、機械技術、自動控制技術等，系統的質量和性能都得到了進一步的提高，在特殊功能和任務的完成度上也有了良好的改善。

三、機電一體化產品的設計方法

（一）整體法。這種方法就是將機械部分與電子部分進行有機整合，也就是將機械技術與電子技術進行有機整合，從整體上開展設計。機電一體化的設計，最關鍵的就是表現出創新性的產品設計理論，打破傳統的設計模式，全面提高產品的質量和性能。整體法通過把電子技術和機械技術整合成為一個不可分割的有機整體，實現產品設計上的新穎和獨特，也體現了一種創新的思維方式，具有一定的影響和價值。

（二）取代法。這一設計方法就是用電子線路代替機械控制結構，一般用于電子化產品設計。機械控制結構在完成指定任務的運行過程中形式過于單一，這種情況在機電設計一體化中就得到了改變，也就是利用電子線路來控制機構。我們往往將電子線路控制分步驟進行，首先在控制器或微型計算機上編出相應的程序，用于把電子線路和機械控制結構有機地相結合；然后，開始取代工作，即用電子線路代替原有機械結構，用變速機構、凸輪等代替那些接觸式控制器。這樣一來，傳統的機械結構得到簡化，體現出機電一體化的設計思想，而且產品的質量和性能也能得到相應的提高。

（三）組合法。組合法是功能模塊的整合，就是把各種標準功能的模塊組合成各個機電一體化系統。當簡單的機械與電子的有機整合并不能完成指定任務時，我們往往采取組合法，將各個功能模塊進行整合，形成一個一體化的多功能模塊的綜合系統，然后對系統進行設計來達到預期效果。現在組合法在數控機床上面的應用效果顯著、優勢明顯，拓展了多種使用功能，極大地提高了產品質量。另外，這一設計方法周期短、質量高，還可以節約設備成本，在生產管理、使用和維修上都非常方便，今后也一定會得到進一步的發展和完善。

四、結語

機電控制系統融合多種技術，在人類社會生產生活中發揮著越來越重要的作用。而機電一體化是新時代下的產物，在帶來顯著的經濟效益和社會效益的同時，為機械工業的發展注入新的生命力。關于機電一體化產品的設計方法，雖然目前主要總結出三種，但今后肯定會出現更多的具有創新性的設計理念，在產品的人性化服務和自身質量性能上作出更大的提高和進步。隨著未來科學技術和社會經濟的不斷提高，各種技術呈現相互融合的發展趨勢，不同學科相互滲透，因此，機電一體化發展前景一片光明，必將得到更優質的完善并發揮出更大的價值。

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