農機一體化背景下控制工程在機械電子工程中的運用探析

馬云紅　魏銘

摘 要：近年來，隨著我國科技水平的不斷提高，農機一體化速度不斷加快，也正因如此，機械電子工程對控制工程技術的需求也隨之加大，要求也不斷提升，但總體看來，控制工程對機械電子工程的發展產生了積極的促進作用。本文主要從闡述控制工程與機械電子工程的相關理論出發，介紹了控制工程在機械電子工程中常用的幾種技術，分析了控制工程在機械電子工程應用中的發展前景。

關鍵詞：控制工程;機械電子;運用

中圖分類號：S23

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190715021

社會經濟的發展與科技的進步，使得我國機械電子工程技術得到了一定程度的完善，且呈現出集成化、智能化、多元化的發展趨勢，而這也增加了機械電子工程的技術需求量。當前，眾多研究人員試圖通過研究發現，控制工程能夠為機械電子工程的發展提供技術支持，而機械電子工程的發展也為電子工程的創新提供了更多的可能，所以兩者相輔相成，通過協調合作，能夠實現互相促進。特別是在農機一體化的大背景下，探究控制工程在機械電子工程中的應用具有重要的意義與價值。

1 控制工程與機械電子工程的理論概述

1.1 控制工程

控制工程是工程理論與計算機技術的一種結合體，控制工程主要通過控制數據的輸入、輸出以及改變參數等，來實現對機械設備的控制與升級。控制工程在電子工程領域中應用廣泛，如常被應用于自動化、集成化技術中。在18世紀的英國科技革命中，有科學家試圖采用一種新的控制原理來實現對蒸汽機原動機機械格局的突破，這一最基本的控制原理為“離心式非錘調速器原理”，后來隨著科學技術的不斷發展，越來越多的研究者發現了更加系統且科學的控制分析系統。進入21世紀之后，IT技術成為熱門，而IT中包括的通信技術、控制技術逐漸被作為基礎學科被更多的人所認識和學習。控制技術中的穩定性、系統結構等理論思想也受到了更為廣泛的推廣應用，并成為各學科領域的方法論。

1.2 機械電子工程

機械電子工程是機械工程與電子工程的結合體，是采用模塊化的方式進行系統操作的電子工程，其作用是在于制作高效率、性能好的產品。機械電子工程包含的技術主要有自動控制技術、檢測傳感技術、電子技術、機械技術等。其中機械技術被認為是機械電子工程的核心，承擔著載體的作用，支撐著機械電子工程的整體框架，同時其他技術也會對機械技術產生影響。自動控制技術，顧名思義是結合控制理論與控制技術，對機械設備運轉的過程、所需達成的目標進行控制，以提高機械設備的工作效率。檢測傳感技術主要是設備中的各種參數、測量值進行精確度的檢測，因此檢測的準確度將會直接對設備系統運轉產生影響。電子技術主要是依據控制要求，通過結合電子學原理，使用相應的電子器件、機械元件來設計并制造出具有相應工程的電子產品。機械電子工程在我國工業生產中被廣泛應用，隨著生產需要的變化，機械電子工程的性能也在不斷提升。

2 控制工程在機械電子工程中常用的幾種技術

2.1 集成自動控制技術

隨著對機械電子工程智能化、自動化需求的提出，集成自動控制技術是目前機械電子工程中最常見的一種控制技術，該技術主要是借助信息技術來優化整合機械電子工程的系統，以形成一個結構完整的自動化控制系統。集成自動控制技術在機械的生產加工中應用最為廣泛，主要是通過自動搜集功能，將與產品相關的所有數據信息進行有效融合，并為生產技藝提供依據與操作支持，從而有效完成機械的生產要求。隨著集成自動控技術的不斷革新，目前較為先進的柔性自動控制技術已被投入使用，這一技術的使用更高效地實現了自動化與智能化的生產，極大地提高了機械生產的效率。

2.2 預測控制技術

預測控制技術是控制工程中不可缺少的重要內容，而預測控制技術與機械電子工程的結合，通常體現在高速液壓機系統的設計中，而預測控制技術在高速液壓機的應用，極大地實現了機械性能的突破，有效地提高了高速液壓機的運轉效率。隨著市場對高速液壓機運行速度要求的提升，相關設計人員不得不引入新技術來增加高速液壓機的運轉功能，但也增加了高速液壓機的負載慣性，出現系統超調加大等問題，而這將會直接影響到高速液壓機測量的精確度。此時，引入預測控制技術則顯得十分有必要，通過預測控制技術，可以直接算出當前高速液壓機運行中的誤差值及其變化率，結合這一誤差調整并控制高速液壓機的負載慣性，再經由預測控制器輸出準確值，由此可有效提高高速液壓機的運作效率。

2.3 模糊控制技術

模糊控制技術是以模糊數學理論為基礎結合控制技術而產生的一種控制技術。通常，控制系統中影響控制效果的關鍵點在于動態模式的精準度，為了控制這一精準度，常常需要對復雜系統中的各種信息進行保證，但系統運行中時常會出現各種變量問題，以至于后期無法對系統的動態進行準確描述。為了解決這一問題，設計師們嘗試利用數學中的模糊理論結合控制技術來進行處理，由此便形成了模糊控制技術。模糊控制技術中，模糊控制器是其核心配件，并與其他組件協同配合，如模糊化、規則庫、解模糊、模糊推理等，其中模糊化主要承擔著確定模糊控制器內的輸入量已完全轉化為可識別的模糊量，且各模糊量都匹配有相應的模糊語言取值;規則庫中主要儲存著大量控制經驗轉化的規則，是運行模糊控制器運轉的關鍵組件。模糊控制技術使機械電子工程的操作更為簡便的同時，也提高了機械電子工程的運作效率。

2.4 神經網絡控制技術

神經網絡控制技術是依托于仿生學理論，再結合控制工程而形成的一種控制技術。該技術將控制系統中的各個連接點視作一個個的神經元，通過各節點之間的相互聯系，形成網絡結構，并建成高度非線性動力學系統，從而通過相應的操作達成處理信息的目的。當前，升級網絡技術廣泛應用于機械電子工程中的數控機床，通過在神經系統中設計向量算法，賦以符號函數等方式，使神經網絡控制技術更智能化地使用于數控機床中，且操作過程具有容錯率高、自我學習性能強等優勢特點，極大提高了數控技術的加工效率。

2.5 魯棒控制技術

魯棒控制技術下系統優勢特點在于系統不會由于受外界因素的干擾而發生參數改變等問題，這使得魯棒控制技術在工業控制活動中得到了較為廣泛的應用，如柔性機械臂的生產中，由于該生產系統屬于分數參數系統，該系統極易受到外界因素的干擾，以至于系統的逆運動存在很大的不確定性，使整個柔性機械臂的生產控制顯得相對困難。但在引入并使用魯棒控制技術后，這一問題得到了有效的改善，它通過設模態法與奇異攝動理論的結合，將系統劃分為慢子系統和快子系統，再利用滑膜控制的方法控制慢變控制器，利用魯棒控制器控制快變控制器，從而來降低系統在運轉中受外界的干擾，提高系統的運作率，進而提高生產效率。

3 控制工程在機械電子工程中應用的發展前景

與發達國家相比較而言，國內的控制工程與機械電子工程研究起步較晚，且核心技術研究方面與發達國家差距較大。但隨著我國控制工程研究的不斷深入，不僅實現了控制工程自身的優化升級，對機械電子工程的發展起到了很好的促進作用。可見在未來的發展中，控制工程應繼續堅持創新發展道路，逐步提升控制技術的科技性能與使用性能，從而進一步推動機械電子工程的智能化、集成化、自動化、多元化發展。與此同時，農機一體化背景下，市場對機械電子工程的需求量不斷增大，此時關注的不僅是機械生產背后的經濟效益，也需要實現“綠色生產”，所以控制工程應用于機械電子工程的過程中，還應重點關注其環保性能，堅持“綠色科技”，以實現機械生產與環境保護的協調發展。

參考文獻

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作者簡介：

馬云紅（1974-），女，研究方向：農業機械。