機電控制系統自動控制技術與一體化設計

馬榮鴻+李清坤+袁俊川

近年來隨著我國科技的不斷進步，我國的機電控制技術也在不斷發展，已經形成了一種綜合性的技術，涉及到信息處理技術、自動控制技術和伺服傳動技術等。對于機電控制系統的設計，采用一體化設計的原則，可以實現機電控制系統設計的人性化、智能化和綠色化，對于促進機電控制甚至人類發展都具有重要的作用。本文就機電控制系統自動化控制技術以及一體化設計進行分析。

【關鍵詞】機電控制系統 自動控制技術 一體化設計

由于我國生產技術和生產力的不斷發展，生產規模也越來越大，因此自動化控制技術的應用越來越廣泛，已經成為人們生活和工作中不可或缺的部分。近年來，隨著電工電氣制造業、機床電氣業以及電子信息產品制造業等行業的發展，人們對機電一體化的關注度越來越高。

1 機電控制系統自動控制技術闡述

1.1 機電控制系統

機電控制系統是指在沒有人參與的情況下由機械、設備等按照人們設計好的方式運行實現生產，通過機電控制系統，可以將控制器和控制對象等各種部件組成在一起。在實現機電控制系統的過程中，運用到的技術組要包括信息處理技術、計算機技術、電力電子技術、微電子技術等，此外還會應用傳感檢測技術、通信技術、過程控制技術好自動化控制技術來實現，并且這種技術并不是單獨使用的，在機電控制的過程，需要將這些技術融合在一起形成綜合技術，然后才能實現機電控制系統。機電控制系統的出現為工業制造和工業生產帶來了很大的便捷，在很多領域和行業都得到了廣泛的應用，例如航海航空路英語和生產領域。對于機電控制系統，雖然是設備和儀器的控制過程，但是需要人進行遠程控制，管理人員主要通過計算機網絡對機電控制的各種儀器和設備進行控制，因此機電控制系統是在網絡平臺的基礎上發展起來的。

1.2 自動控制技術

自動控制技術是一種通過控制器對遠程的控制對象進行操作的一種技術方式，自動控制技術的理論基礎為自動控制原理，自動控制理論包括現代控制理論和經典控制理論，是由電器部件和機械部件等共同完成的，自動控制技術在自動控制系統中發揮著重要的角色。對于經典控制理論，研究對象是單變量的線性時不變系統，需要借助數學工具拉普拉斯變換，在頻率域采用數學函數傳遞的方法進行系統分析，在負反饋閉環系統中，利用自動調節器，對系統的中心環境進行自動調節。

對于現代控制理論，研究對象主要為非線性、多變量和時變系統，需要借助數學工具中的線性代數、矩陣論和集合論等進行研究，其研究對象主要為自適應控制、最優控制、隨機控制和魯棒控制，在時間域內，采用狀態控制的方法進行系統分析，通過對系統現在所處的環境以及狀態對其下一步的狀態進行預測，然后用狀態方程的對整個系統過程進行描述。

2 機電一體化設計方法

對于機電控制系統的一體化設計，常用的設計方法主要包括組合法、取代法和整體法。

2.1 組合法

組合法是通過整合功能模塊來實現設計的一種方法，在設計過程中，需要將具有不同功能的標準功能模塊組成成機電一體化系統。機電控制系統的一體化是為了實現其功能的多樣化，當利用簡單的電子或者機械已經不能順利完成制定的任務時，為了強化系統的功能性，可以將幾個不同功能模塊進行整合，形成一個具有多功能模塊的綜合系統，以實現其一體化設計，不同的功能模塊通過相互作用對系統進行設計。組合法在機電一體化設計中應用非常廣泛，尤其是在數控機床方面應用非常多，能夠取得良好的效果，表現出多種優勢，使數控機床的功能呈現出多樣化特點，有效提高產品質量。此外，采用組合法進行一體化設計，并不需要重新設計，而是將各種功能模塊整合在一起，因此一體化設計的周期比較短，設計過程比較簡便，應用非常廣泛。

2.2 取代法

取代法也是機電一體化設計的常用方法，在電子化產品的一體化設計中應用非常廣泛，取代法就是采用電子線路代替機械控制結構的設計方法。機械控制結構是工業生產的重要組成部分，但是采用機械控制結構完成生產任務，運行過程比較單一，因此運行生產的效率低下。而采用電子線路代替及系統控制結構，就能夠改變機械控制結構運行單一的缺陷，取得較好的效果。采用電子線路控制，整個過程需要分布進行。首先需要在微型的計算機或者控制器上編碼出電子線路的相應程序，這樣才能有效將電子線路和機械控制結構結合在一起，然后進行取代工作，接觸式控制器也可以采用凸輪和變速結構等代替。通過取代法，不僅能夠簡化傳統機械結構，同時還能夠實現一體化設計，不斷提升產品的性能和質量。

2.3 整體法

采用整體法設計機電一體化產品，是將電子部分和機械部分有機結合，充分利用電子技術和機械技術，從整體視角對機電一體化產品進行設計。這種基于整體的設計需要花費較大的時間，同時在設備成本上也更大，但是其由于是基于整體的設計，因此能夠表現出創新的產品設計理論，和傳統設計模式不同，可以全面提升機電一體化產品的性能和質量，體現出了設計過程的創新性。

三種不同設計法的比較見表1。

3 結語

機電控制系統在人們的生產活動中發揮著重要的作用，是一種融合多種技術的綜合性技術系統，在新時代下，人們對機電一體化的需求越來越大，機電一體化設計的方法主要有組合法、取代法和整體法，不同設計方法各有優勢，可以提高機械產品的性能和質量。

參考文獻

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作者簡介

馬榮鴻（1995-），男，廣西壯族自治區人。現讀于重慶大學。

作者單位

重慶大學 重慶市 400044