淺論新型控制策略及其在機械工程中的應(yīng)用

蔣佳良

【摘 要】我國是一個能源消耗大國，工業(yè)的發(fā)展，使得人力、物力、財力上的投入也在不斷增加，有效的促進(jìn)了我國工業(yè)水平的提高。近年來，我國機械工程規(guī)模不斷擴大，然而在我國現(xiàn)階段的機械工程中，由于控制策略不全面、不科學(xué)。隨著社會的進(jìn)步與發(fā)展，傳統(tǒng)的控制策略已經(jīng)很難滿足我國當(dāng)代社會發(fā)展的需求了，為了保障機械工程設(shè)備的穩(wěn)定性，提高機械工程的經(jīng)濟效益，探索新型的控制策略有著重大意義。本文分析了主要新型控制策略及其在機械工程中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】新型控制策略；機械工程；應(yīng)用

控制策略是控制器的核心。傳統(tǒng)控制策略針對的對象是精確的、不變化且是線性的，其操作條件和運行環(huán)境是確定的、不變的。

一、必要性

新型控制策略在機械工程中應(yīng)用的必要性機械工程是一門涉及利用物理定律為機械系統(tǒng)作分析、設(shè)計、生產(chǎn)及維修的工程學(xué)科。機械設(shè)備在機械工程中是必不可少一部分，然后，受多種因素的影響，機械工程在實際運作過程中，由于企業(yè)缺乏必要的控制措施，以至于機械設(shè)備很容易出現(xiàn)故障，機械設(shè)備出現(xiàn)故障就會造成整個機械生產(chǎn)停滯，影響到機械生產(chǎn)效率，嚴(yán)重的還將威脅到人們的生命健康。同時在機械工程中，能源的消耗不僅會加大我國當(dāng)前資源緊張的局面，還會污染環(huán)境。隨著時代的進(jìn)步與發(fā)展，人們對生活質(zhì)量需求不斷提高，機械工程在發(fā)展過程中，傳統(tǒng)的控制策略已經(jīng)很難滿足當(dāng)代社會發(fā)展的需求了。在未來的時代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉矗卫怼p輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟的目標(biāo)任務(wù)，為此，機械工程在發(fā)展過程中，就必須用發(fā)展的眼觀看待問題，采用新型的控制策略，對機械工程進(jìn)行全方面的控制，從而保障機械設(shè)備的穩(wěn)定性，提高機械生產(chǎn)效率，降低人力、物力、財力的投入，促進(jìn)我國社會的發(fā)展。

二、新型控制策略在機械工程中的應(yīng)用

1.專家控制在機械磨削精度控制中的應(yīng)用。在精密絲杠磨削中，為達(dá)到高精度的螺距要求，工件的回轉(zhuǎn)運動和軸向運動必須滿足嚴(yán)格的同步，才能達(dá)到高精度的螺距要求。這種同步運動在普通螺紋磨床上加工絲杠時，一般靠機械傳動來實現(xiàn)，而且絲杠螺距精度在磨削過程中還受到環(huán)境溫度、工件熱變形、磨削力以及傳動鏈誤差的影響。席光輝等根據(jù)機械傳動鏈的誤差測量、特征計算，設(shè)計一個專家精度控制系統(tǒng)，對絲杠磨削過程實現(xiàn)智能補償控制。其主要設(shè)想是實際磨削加工的動態(tài)環(huán)境下，根據(jù)產(chǎn)生的不同誤差特征，在系統(tǒng)中找到一條與之相適應(yīng)的控制規(guī)則，通過運用規(guī)則得到最補償控制量，使螺距誤差逐漸減小。專家控制方式是盡快糾正偏差，采用開關(guān)模式進(jìn)行控制。若螺距誤差的趨勢增大，則說明前一次補償控制量不夠，應(yīng)加大補償量來減弱增大的趨勢，采用比例模式控制。若誤差達(dá)到某個極值，隨后逐漸減小，應(yīng)減小補償控制量，只是在原來的保持值基礎(chǔ)上增加一個不太大的值，以保持這一輸出值直到誤差反向為止。

2.模糊控制在機械加工過程中的應(yīng)用。模糊控制描述復(fù)雜問題直觀、構(gòu)造算法靈活、編程實現(xiàn)簡單，因此在機械工程領(lǐng)域中也得到了廣泛的應(yīng)用。許多機械加工（如等）過程，因其太復(fù)雜，難以建立比較精確的數(shù)學(xué)模型，所以常規(guī)的控制方法（如PID）等來實現(xiàn)其加工過程的自動控制，效果不理想。模糊控制的最大特點是不需要對所要控制的過程（或系統(tǒng)）進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，而是直接根據(jù)過程（或系統(tǒng)）的輸入條件，便能得到最優(yōu)（或次優(yōu)）的控制輸出值，因此模糊控制在機械加工過程中得到了廣泛應(yīng)用。

3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及其在數(shù)控機床中的應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由眾多簡單的神經(jīng)元連接成的一個網(wǎng)絡(luò)。盡管每個神經(jīng)元結(jié)構(gòu)、功能都不復(fù)雜，但網(wǎng)絡(luò)的整體動態(tài)行為則極為復(fù)雜，可以組成高度非線性動力學(xué)系統(tǒng)，從而可以表達(dá)很多復(fù)雜的物理系統(tǒng)。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有大規(guī)模并行處理能力和自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)能力以及分布存儲等特點，在自動控制中應(yīng)用前景廣泛。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是指控制系統(tǒng)中采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對難以精確描述、復(fù)雜的非線性對象進(jìn)行建模，或充當(dāng)控制器，或優(yōu)化算法，或進(jìn)行推理、故障診斷等，以及同時兼有上述某些功能的適當(dāng)組合。標(biāo)準(zhǔn)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)包括三部分：加權(quán)求和，線性環(huán)節(jié)和非線性函數(shù)映射。數(shù)控機床是一種加工能力很強的高效自動化設(shè)備。但是，通常的數(shù)控機床對切削過程的不可預(yù)知和不可確定性的情況（如加工余量、材質(zhì)的不均勻以及刀具的磨損等）缺乏識別和處理能力，自適應(yīng)能力低下。為避免因加工過程中的不確定性而引起異常情況，如：刀具嚴(yán)重變形、刀具破損、機床自激振動等，一般都選用比較保守的切削參數(shù)，這就使得數(shù)控機床的加工能力不能充分發(fā)揮出來。因此有必要使數(shù)控機床能在加工時根據(jù)當(dāng)前加工狀況適時地調(diào)整切削參數(shù)，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定正常運行和加工質(zhì)量的條件下，盡量發(fā)揮出機床的加工能力，提高工作效率。

4.實現(xiàn)智能化故障監(jiān)測。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能化在機械設(shè)備中廣為體現(xiàn)，機械設(shè)備都朝著自動化、智能化、科技化方向發(fā)展。新型控制策略就是要對機械設(shè)備中的故障進(jìn)行有效的防控，達(dá)到在機械工程企業(yè)生產(chǎn)過程中，機械設(shè)備的使用越來越多，越來越普及，為了更好的保障機械工程企業(yè)的經(jīng)濟效益，利用智能化技術(shù)有著積極重要的作用。機械設(shè)備的智能化可以有效提升管理智能化的進(jìn)程，促進(jìn)管理水平的提高。機械設(shè)備的智能化使得設(shè)備的參數(shù)可以及時有效的反饋到工作人員身邊，保證了機械設(shè)備的有效運行，一旦出現(xiàn)故障，智能化系統(tǒng)可以進(jìn)行警示并且做出相關(guān)的停機、斷電反應(yīng)，保證了設(shè)備以及生產(chǎn)安全。

在這個經(jīng)濟快速發(fā)展的社會當(dāng)中，我國機械工程企業(yè)要想取得良好的發(fā)展，符合社會發(fā)展的需求，就必須用發(fā)展的眼觀看問題，創(chuàng)新控制策略，加大新型控制策略的應(yīng)用，實現(xiàn)機械工程的智能化、自動化、數(shù)字化管理與生產(chǎn)，從而為機械工程的經(jīng)濟效益提供保障。

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