淺析控制工程在機械電子工程中的應用

畢建國

摘 要：隨著計算機控制工程技術的不斷發展，使得機械電子工程逐漸向智能化方向進行發展，控制工程在機械電子工程當中起到了越來越重要的作用，因此，對控制工程在機械電子工程中的應用研究，成為了人們日益關注的新課題，將控制工程技術同計算機機械電子工程技術有機地結合在一起，從而進一步促進了機械工程行業的發展。

關鍵詞：控制工程 機械電子工程 應用

引言

經濟的飛速發展，科技的不斷進步。科學技術已經成為各行各業發展壯大的依據。自動控制系統的高速發展，促使控制工程在機械電子工程中的應用具有很好的發展前景。自動控制系統在機械電子工程應用的開始，沒有顯現出其應有的作用力。而今依賴于高速發展的電子設備，自動控制系統已經發生了重大的轉變，其核心技術現已經應用智能的電子設備，電子智能設備的投入使用大大提高了社會生產力。

一、控制工程與機械工程簡述

1、控制工程學的理論概述

控制理論與控制工程學科是以工程領域內的控制系統為主要研究對象，采用現代數學方法和計算機技術、電子與通訊技術、測量技術等，研究系統的建模、分析、控制、設計和實現的理論、方法和技術的一門學科。控制工程應用于很多行業的工程項目中，例如機械、采礦、航空以及生物等各式工程項目。在應用的過程中，控制工程在不斷完善自身的優勢，同時也在不斷利用新型的科學技術進行武裝。自動控制技術即是控制工程在發展變化過程中不可或缺的技術的中堅力量。控制工程同時利用“古典控制理論”將計算機和電子技術進行科學的結合，使其功能多樣化。“古典控制理論”主要是以函數的傳輸為技術的理論基礎。“現代控制理論”則是更多的研究參數的變化形式。隨著機械工程的日益發展壯大，新型的智能機器人和新型的控制系統的不斷研制發明。使控制工程更好的貼近生活，提高整體的社會生活水平。

2、機械電子工程

機械電子工程的特點有很多，包含各個方面，從某種程度上可以把機械電子工程概括為具備多技術融合的特點。機械電子工程不僅在最初的設計中與其他的學科相聯系，在機械電子工程實施的每一個步驟，都與其他的學科緊密連接。在電子工程設計的時候，設計師們往往傾向于利用多種技術、多種策略將不同的模塊進行組合，從而最終完成設計。在組合模塊的過程中，每一個學科都提供了或多或少的幫助。再來，由于電子工程的結構往往具有簡單，性能高的特點。所以在將電子工程融入機械工程的時候，就形成了機械電子工程具有在內部的結構中比較復雜，但是在性能使用中效率比較高的特點。從某種程度上來說，這是對傳統機械產品笨重的外形的一次巨大的改造和提升。

二、控制工程在機械電子工程中的應用

1、智能控制系統在機械電子工程中的應用

智能控制系統就是指人工智能與計算機技術結合在一起，對機械電子工程當中的某一操作流程進行人工化的智能模擬和控制，使得智能的機器人可以像人一樣進行操作工作，智能控制系統能夠與人類的大腦思維模式相似，智能控制系統能夠做到自主收集相關信息等。因此，智能控制系統結合了人工智能的特性進行了機械化大生產，使其生產效率與人工生產模式相比，得到了質的飛躍，還可以對生產操作流程進行嚴格控制，節約了人力、物力資源成本，提高了機械制造行業的經濟收入。

2、魯棒控制的應用

在控制系統中的魯棒性是指，在一定的外界因素干擾下，控制系統某一方面的性能夠保持不變的特性，因此，多變量型魯棒控制系統在機械制造生產中得到了廣泛性的應用。

在柔性臂軌跡制造中，通常采用滑膜變的結構控制方法，控制并研究出慢變控制器，采用H∞的控制理論來研究出魯棒控制器進而調整系統控制器的結構，所以，在操作軌跡的模擬研究中，利用補償控制算法來進行補償控制計算，從而保證滑膜變結構與H∞控制理論進行組合性控制，使得控制系統能夠非常精確地對目標軌跡的運行過程進行控制。

3、專家控制在機械磨削精度控制中的應用

精密絲杠磨削可以達到高精度的螺距生產要求，其前提是工件在消磨過程中縱向和軸向運動必須同步。在普通螺紋磨床生產中，這種同步主要是靠機械傳動來實現，因此其控制的誤差較大，此外在磨削過程中的環境溫度、工件熱變形、磨削力也會對磨消精度產生一定的影響。專家精度控制系統的基本思路是對磨削過程實現動態智能補償控制。其主要原理是磨削加工過程中，對各種誤差的特征進行綜合考慮，并以此為基礎設定一條適配性的控制規則，以達到通過最補償控制量使螺距誤差不斷減小。

4、模糊控制工程在機械電子工程中的應用

機械工程的加工流程是十分復雜的，所以采用傳統的控制方法建立起來的模型是非常困難的，所以自動化控制的效果并不好，而模糊控制工程可以把復雜的問題變得更加直觀，模糊控制的算法比較簡單靈活，從而將程序編制過程簡單化，進行模糊化控制可以不用對機械制造工程進行精確化的數據研究，只要保證好輸入量在合理的偏差范圍內即可，所以，模糊控制系統在機械電子工程中應用效果十分明顯。

5、預測控制在高速液壓機中的應用

高壓、高速化是目前液壓機的技術的重要發展趨勢。但是隨著速度和壓力的不斷提高負載慣性也隨之不斷增大，其直接后果就是系統超調變大、精度下降。采用預測控制是解決液壓機高速、高壓化造成的負面影響的有效手段。這一控制的基本原理是根據采樣時刻及在此之前的系統輸出的歷史數據，建立系統輸出的預測模型，然后再根據以預測模型為基礎得到的預測輸出值對系統誤差變化率進行預測計算，并由計算結果來進一步確定控制器輸出，以達到提前控制模式的實現。這種方法在數據較少和各種外界因素影響的情況下，仍可以獲得較高預測精度，因此特別適合液壓機為代表的電液伺服系統的快速預測控制，并獲得良好的預測效果。

6、神經網絡控制的應用

神經網絡控制是建立在生物學基礎上的控制研究，將多個簡單的網絡神經元連接成一個網絡，每個神經元都是十分簡單的，但所有神經元連接在一起就能夠變成高度復雜的神經網絡控制系統，神經網絡控制可以對數據進行大規模處理，因而這種神經網絡控制系統可以有著與人類相似的適應學習能力，神經網絡控制系統越來越朝向人工智能化發展，在智能機械電子工程控制系統中得到了廣泛的應用。因而在對數控機床的控制當中，人們可以有效地改變數控機床切割過程中不確定的特點，通過神經網絡控制工程系統在機械電子工程上的應用，使得了數控機床的加工效率大幅度得到了提升，提高了機械電子工程行業的安全性系數。

結束語

高速發展的社會形勢，各行各業每一分每一秒都需要收益和效益。由此，自動化控制系統的應用得到了社會上的廣泛認可。自動化控制系統的應用對各行各業的生產帶來了極大的效益。自動化控制系統在機械電子工程中的應用也在不斷的探索和創新中發展壯大。面對我國高速發展的經濟態勢，自動控制系統的機械工程也在做著更多研發和創新的推廣。控制工程在機械電子工程中的科學、合理的應用，為提高國家的生產力和增強國家的綜合國力做出貢獻。