機電一體化的控制系統設計分析

王韶良（濟南城市照明工程有限公司，山東濟南，250033）

機電一體化的控制系統設計分析

王韶良
（濟南城市照明工程有限公司，山東濟南，250033）

機電控制行業在發展中不斷解決新問題，依靠科學理論研制新方法，引進先進的生產設備，帶動行業向前發展。自動控制技術與一體化設計分析問題一直是機電控制諸多問題中的重中之重，被相關研究者和行業發展人員視為研究重點。

機電一體化；控制系統；設計

0 引言

新形勢下，國內的工業生產獲得了許多重大的創新成果，以前單一的技術應用形式逐漸發生變化，比如機電一體化就是工業生產中的新的模式，通過多種技術的不斷融合提升了相應技術的應用性。它實現了機械制造技術、計算機電子技術、信息網絡技術等的有機融合，并有效的應用到工業生產之中，當前許多的生產設備都已實現了機電一體化。而控制系統就屬于機電一體化的關鍵，能夠用于數據處理及自動控制，利用計算機接口與外界設備的連接，實現機電一體化系統各模塊的可靠運行。

1 機電一體化控制系統的基本概述

機電控制系統是指將工作運行中一系列的相關運行技術連接起來，并將特定裝置進行有效的固定，依據生產流程形成一整套的生產動作，有效控制進行工作生產，完成生產工作。在系統形成的過程中，融合了大量的技術手段，比如，互聯網技術、網絡通訊技術、電力技術等，對機電控制系統進行不斷的完善，最終將其應用在實際的生產工作中，實現各項技術之間的兼容共存，指導各部分相關的工作。機電控制系統的完善與發展大大提升了人類工作的效率，同時也大大提升企業發展效益。例如，將機電控制系統中的遠程控制系統應用在實際工作中，工作人員僅僅使用計算機就能夠實現生產工作的遠程控制，節省人力管理時間，提升企業生產效益。實際工作中，遠程控制主要分為兩種，一是保持型的遠程控制系統，保持型遠程控制系統可以對生產工作進行實施的監督管理；二是人機互動型控制系統，可以實現人機之間的互動管理。從本質上來說，科技的發展是決定著產業發展的重要因素，只有通過科技的創新發展才能獲得期望的成果。機電一體化就是以科技創新為引導，將多種技術結合起來構成一體化的控制系統。這不但提高了對各類資源的使用效率，也加快了企業經營效益的提升。其次，自動控制的實現，是機電一體化的最基礎功能，逐步擺脫了過多的人工因素，實現了機械生產的自動化運行。控制系統是由控制設備、執行單位、被控元素等組成，并利用接口實現連接，構成工作回路。其工作原理為：先是發送指令信號，設定控制數據，并利用檢測設備收到外來信號，接著傳送至控制裝置實現數據的處理，將結果傳送至執行單位，實現動作執行，將指令應用于被控元素，使其處于系統的設計狀態，最后利用被控元素輸送相應數據，從而實現了機電一體化的系統控制。

2 機電一體化的控制系統的類別與設計原則

2.1 機電一體化的控制系統的類別

（1）依據控制系統所遵循的準則中是不是有被控元素的運行函數，能夠將其分成以下兩類：順序控制及反饋控制。前者的工作形式為：利用對時間、邏輯等數據的分析，發送明確的運轉步驟，是一種開環系統。其特點是，運行簡便、實現成本較低、后期維護方便，不過其運行精度不高，而且對外來因素的影響和干預反應太過敏感。后者的工作形式為：利用傳感器收到被控元素的狀況參數，并反饋給控制端，接著對運行情況進行調節，是一種閉環系統。盡管這一形式的成本較高，維護麻煩，不過其優勢在于準確度高、隨機調整性好，對外來因素的抑制能力也更強。

（2）依據控制系統信號的改變情況可將其分成以下三類：鎮定控制系統，其優勢在于受到外來影響較小，信號能夠保持最初的設定，能夠用在恒溫控制、恒定速度控制等方面；隨動系統，也稱為跟蹤系統，其優勢在于所發出的信號能夠在相應的范圍內發生隨意的改變，無需遵守限定的要求，所以信號的傳輸不需要固定函數，設備的運行要由不斷的指令命令來控制，對設備的運轉、分析性能要求比較高，能夠用在瞄準裝置、無定向檢測裝置等；程序控制系統，也稱為過程控制系統，其優勢在于依據之前設置好的命令進行信號的改變，信號的發送源于提前設計，不過信號的改變則依據固定函數實現，能夠用在車床等設備中。

2.2 機電一體化的控制系統設計原則

通過以上分析可知，機電一體化的控制系統類別眾多，應用的范圍也有所差別，但其基本特征及設計原則是趨于一致的。可概括為如下三點：（1）精確性原則。在開展系統調測時，輸出命令與設計命令之間的差值不能太大，而且要在不降低系統可用性的前提下盡可能的減低誤差。精確度與產品生產的精密值息息相關，也影響著系統運行的最終成果。（2）平穩性原則。確保系統的平穩性是為了保證產品的結果與設計一致，而且在外來因素的影響下，也不會出現產品質量問題。特別是在閉環情況下，非常易于遭受數據不匹配的困擾，造成系統波動而影響到正常運行。（3）快捷性原則。快捷性的要求是系統避免差錯值的效率以及解決異常情況的效率要快，由于當系統出現差錯值時，會影響正常運行或出現質量問題，所以需要在最快的情況下避免系統差值，確保系統運行平穩

3 機電一體化的控制系統設計分析

3.1 機電一體化的控制系統設計應用

機電一體化的控制系統在工業生產中的應用非常廣泛，主要的設計應用包括如下幾方面：一是，挖掘機的生產制造，利用模擬理論及控制原理，測定液壓設備中泵的輸送壓強、控制壓強以及別的數據，進而將相應數據輸送到控制系統之中，調配挖掘機的工作形式，從而完成控制系統的設計使用。二是，壓縮機的生產制造，利用控制系統測定振動輪內的偏心塊振動路徑，進而確定其運行加速度，運用傅里葉變換等公式，得出壓實參數，從而實現了壓縮機運行控制的目標。三是，在國際上的起重生產制造領域，已用到了控制系統的相應功能，實現了實際生產與設計理論的有效結合，對計算機技術的運用使得機械控制能夠像人工作業一樣方便，但工作效率及可靠性要更高。

3.2 機電一體化的控制系統設計方向

機電一體化的控制系統，推動著機械生產向智能化方向發展，伴隨通訊技術、計算機技術及機械技術等的飛速發展，控制系統的設計方向逐漸深化，同時，智能技術、神經網絡技術的發展，也在改善著控制系統的易用性。目前，機電一體化的控制系統設計方向主要包括如下幾個方面。

（1）模塊化。模塊化的應用是控制系統發展的重要方向，因為當前各式各樣的機械設備來源于各個地區的生產單位及供應商，所以就要對訊號接口、轉化接口、連接接口等位置進行標準化設計，而模塊化的運用就方便了各自控制模塊能夠應用于所有的設備控制系統中，為產業升級和企業間的交流提供了便捷的通道。

（2）智能化。近年來，智能化的應用源自于智能技術、計算機技術、心理學等新技術、新科技的發展和融合，進而給予了控制系統更加高效的分析與控制性能，進一步的提升了生產力，改善了工作效能。不過，想要實現更高的目標離不開更高標準的終端設備及更高性能的計算機的支持。

（3）信息化。信息技術的發展拓寬了信息的傳播范圍及速度，對于當前的控制系統來說，只要其控制系統的效能足夠優秀，就能夠快速得到各國市場的認可并迅速得以推廣，所以，迅速擴大的市場范圍有助于推動相關產業的發展與進步，從而不斷提高所用控制系統的運轉性能。

（4）環保化。隨著經濟社會的發展，人們對環境保護越來越重視。盡管經濟的發展給我們的生活帶來了很大的方便，使得我們的產品更加豐富，生活更加便捷，但也造成了資源的損耗，以及自然環境的破壞。因此，人們開始重視對環境的保護，倡導尊重自然。綠色經濟在這一形勢下應時而生，環保化是經濟發展到了一定程度后的必然趨勢。綠色產品在其設計、生產的整個流程中，遵循對生態平衡的要求，對自然環境損害或影響較小，資源浪費情況減輕。對環保化機電設備的設計，符合當下的時代要求。機電產品的環保化主要在于應用過程中不會對生態環境造成污染，設備廢棄后也能盡可能的回收。

4 結語

總而言之，機電一體化的控制系統已在機械行業內得到大量應用，其特殊的性能及方便的控制使得人們在選用機械設備時更加青睞該類設備。盡管機電一體化的控制系統設計發展已較為完善，各種配套系統及工具也越來越趨于充實，但還要看到其在實際使用過程中的問題，從創新發展的角度，對其繼續的研究和探索下去，面對各行業的需求，設計出可用性強、效率更高的控制系統。對機電一體化的控制系統的探究也要立足當下，進一步提高計算機技術以及機械電子技術，為國內在機電一體化領域的不斷發展打下基礎。

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Mechanical and electrical integration of control systems design and analysis

Wang Shaoliang
(Jinan city lighting engineering co. LTD,Ji'nan Shandong, 250033)

At this stage, the electromechanical control industry is constantly solving new problems in the development, relying on scientific theory to develop new methods, introducing advanced production equipment and driving the industry forward. The problem of automatic control technology and integrated design analysis has been a top priority in many issues of electromechanical control, which is regarded by relevant researchers and industry development personnel as the research focus.

electromechanical integration; Control system; design