機電一體化設(shè)計淺析

沈現(xiàn)磊

摘要：現(xiàn)在，社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，科學技術(shù)水平不斷提高，機電一體化系統(tǒng)逐漸得到了改良和優(yōu)化，這使機電一體化系統(tǒng)設(shè)計迎來了新的發(fā)展機遇，也面臨著更加嚴峻的考驗。機電一體化系統(tǒng)設(shè)計不可能一蹴而就，它需要經(jīng)歷一段時間的研究和實驗。文章就對機電一體化系統(tǒng)設(shè)計進行了深入的剖析，旨在為相關(guān)從業(yè)人員提供參考與幫助。

關(guān)鍵詞：機電一體化系統(tǒng);設(shè)計分析

導言

新形勢下，國內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)獲得了許多重大的創(chuàng)新成果，以前單一的技術(shù)應(yīng)用形式逐漸發(fā)生變化，比如機電一體化就是工業(yè)生產(chǎn)中的新的模式，通過多種技術(shù)的不斷融合提升了相應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用性。它實現(xiàn)了機械制造技術(shù)、計算機電子技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的有機融合，并有效的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)之中，當前許多的生產(chǎn)設(shè)備都已實現(xiàn)了機電一體化。而控制系統(tǒng)就屬于機電一體化的關(guān)鍵，能夠用于數(shù)據(jù)處理及自動控制，利用計算機接口與外界設(shè)備的連接，實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)各模塊的可靠運行。

1機電一體化控制系統(tǒng)的基本概述

機電控制系統(tǒng)是指將工作運行中一系列的相關(guān)運行技術(shù)連接起來，并將特定裝置進行有效的固定，依據(jù)生產(chǎn)流程形成一整套的生產(chǎn)動作，有效控制進行工作生產(chǎn)，完成生產(chǎn)工作。在系統(tǒng)形成的過程中，融合了大量的技術(shù)手段，比如，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、電力技術(shù)等，對機電控制系統(tǒng)進行不斷的完善，最終將其應(yīng)用在實際的生產(chǎn)工作中，實現(xiàn)各項技術(shù)之間的兼容共存，指導各部分相關(guān)的工作。機電控制系統(tǒng)的完善與發(fā)展大大提升了人類工作的效率，同時也大大提升企業(yè)發(fā)展效益。例如，將機電控制系統(tǒng)中的遠程控制系統(tǒng)應(yīng)用在實際工作中，工作人員僅僅使用計算機就能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)工作的遠程控制，節(jié)省人力管理時間，提升企業(yè)生產(chǎn)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(tǒng)，保持型遠程控制系統(tǒng)可以對生產(chǎn)工作進行實施的監(jiān)督管理;二是人機互動型控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)人機之間的互動管理。從本質(zhì)上來說，科技的發(fā)展是決定著產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素，只有通過科技的創(chuàng)新發(fā)展才能獲得期望的成果。機電一體化就是以科技創(chuàng)新為引導，將多種技術(shù)結(jié)合起來構(gòu)成一體化的控制系統(tǒng)。這不但提高了對各類資源的使用效率，也加快了企業(yè)經(jīng)營效益的提升。其次，自動控制的實現(xiàn)，是機電一體化的最基礎(chǔ)功能，逐步擺脫了過多的人工因素，實現(xiàn)了機械生產(chǎn)的自動化運行?？刂葡到y(tǒng)是由控制設(shè)備、執(zhí)行單位、被控元素等組成，并利用接口實現(xiàn)連接，構(gòu)成工作回路。其工作原理為：先是發(fā)送指令信號，設(shè)定控制數(shù)據(jù)，并利用檢測設(shè)備收到外來信號，接著傳送至控制裝置實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，將結(jié)果傳送至執(zhí)行單位，實現(xiàn)動作執(zhí)行，將指令應(yīng)用于被控元素，使其處于系統(tǒng)的設(shè)計狀態(tài)，最后利用被控元素輸送相應(yīng)數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了機電一體化的系統(tǒng)控制。

2機電一體化的控制系統(tǒng)設(shè)計原則

2.1精確性原則

在開展系統(tǒng)調(diào)測時，輸出命令與設(shè)計命令之間的差值不能太大，而且要在不降低系統(tǒng)可用性的前提下盡可能的減低誤差。精確度與產(chǎn)品生產(chǎn)的精密值息息相關(guān)，也影響著系統(tǒng)運行的最終成果。

2.2平穩(wěn)性原則

確保系統(tǒng)的平穩(wěn)性是為了保證產(chǎn)品的結(jié)果與設(shè)計一致，而且在外來因素的影響下，也不會出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題。特別是在閉環(huán)情況下，非常易于遭受數(shù)據(jù)不匹配的困擾，造成系統(tǒng)波動而影響到正常運行。

2.3快捷性原則

快捷性的要求是系統(tǒng)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(tǒng)出現(xiàn)差錯值時，會影響正常運行或出現(xiàn)質(zhì)量問題，所以需要在最快的情況下避免系統(tǒng)差值，確保系統(tǒng)運行平穩(wěn)。

3機電一體化的控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

機電一體化的控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，主要的設(shè)計應(yīng)用包括如下幾方面：一是，挖掘機的生產(chǎn)制造，利用模擬理論及控制原理，測定液壓設(shè)備中泵的輸送壓強、控制壓強以及別的數(shù)據(jù)，進而將相應(yīng)數(shù)據(jù)輸送到控制系統(tǒng)之中，調(diào)配挖掘機的工作形式，從而完成控制系統(tǒng)的設(shè)計使用。二是，壓縮機的生產(chǎn)制造，利用控制系統(tǒng)測定振動輪內(nèi)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(shù)，從而實現(xiàn)了壓縮機運行控制的目標。三是，在國際上的起重生產(chǎn)制造領(lǐng)域，已用到了控制系統(tǒng)的相應(yīng)功能，實現(xiàn)了實際生產(chǎn)與設(shè)計理論的有效結(jié)合，對計算機技術(shù)的運用使得機械控制能夠像人工作業(yè)一樣方便，但工作效率及可靠性要更高。

4機電一體化系統(tǒng)的設(shè)計策略

4.1縱向分層設(shè)計法

縱向分析設(shè)計法主要從機電一體化系統(tǒng)的整體來考慮，對機電一體化系統(tǒng)的縱向結(jié)構(gòu)和功能進行系統(tǒng)化設(shè)計，從而使機電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次更加分明，并且提高結(jié)構(gòu)層次與組織架構(gòu)的對應(yīng)性。當面對不同的操作任務(wù)時，可以實現(xiàn)不同任務(wù)由不同結(jié)構(gòu)層次負責，使機電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次得到充分的利用，體現(xiàn)了機電一體化系統(tǒng)縱向設(shè)計的精細化和科學化，實現(xiàn)了機電一體化系統(tǒng)宏觀設(shè)計和微觀設(shè)計的有機結(jié)合。當然，宏觀設(shè)計和微觀設(shè)計隸屬不同的機構(gòu)層次。宏觀設(shè)計具有一定的戰(zhàn)略性，主要為了實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的經(jīng)濟目標和技術(shù)目標，主要在結(jié)合企業(yè)的管理層意見的基礎(chǔ)上，再考慮企業(yè)高級技術(shù)進行完成;微觀設(shè)計也屬于戰(zhàn)略性設(shè)計，但是其戰(zhàn)略性主要體現(xiàn)在具體的設(shè)計技術(shù)和方案等方面，因此微觀設(shè)計一般由技術(shù)部門獨立完成。

4.2橫向分塊設(shè)計法

在應(yīng)用機電一體化系統(tǒng)橫向分塊設(shè)計法時，主要包括以下方式：替代法。替代法主要是將機械中的復雜部件進行替換，將電子元件取代原有機械部件的位置，從而完善機械的功能，使機電一體化系統(tǒng)更加的優(yōu)化。例如，在對齒輪調(diào)速系統(tǒng)進行調(diào)整時，可利用伺服機電來彌補齒輪調(diào)速系統(tǒng)的不足，擴大調(diào)速范圍和調(diào)速精度，從而使扭矩發(fā)生轉(zhuǎn)變，讓機電一體化系統(tǒng)的機構(gòu)更加簡潔，使機電一體化系統(tǒng)制造的周期得到縮減。值得注意的是，在進行電子原件的替換時，必須嚴格遵守摩爾定律，從而在確保機電一體化系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，減低生產(chǎn)的投入。而且隨著科學技術(shù)水平的提高，電子原件替代法也將成為機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的趨勢之一;融合法。顧名思義，融合法主要是將各種元素進行統(tǒng)一和融合，從而形成獨特的功能部件，確保要素之間的機電參數(shù)相互匹配;組合法。組合法主要是在融合法的基礎(chǔ)上，將融合法制造而成的部件、模塊等進行相互組合，從而形成各種機電一體化系統(tǒng)。這點在我們的日常生活中也較為常見，例如，將收音機與錄音機進行組合，就形成了收錄機，將手機與攝像機進行組合，就形成了可以進行攝像的手機。但是，組合法的應(yīng)用并不是簡單的疊加，而是要充分考慮機電一體化系統(tǒng)的整體性，從而實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)設(shè)計的科學性和合理性。

結(jié)語

總的來講，機電一體化的控制系統(tǒng)已在機械行業(yè)內(nèi)得到大量應(yīng)用，其特殊的性能及方便的控制使得人們在選用機械設(shè)備時更加青睞該類設(shè)備。盡管機電一體化的控制系統(tǒng)設(shè)計發(fā)展已較為完善，各種配套系統(tǒng)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(chuàng)新發(fā)展的角度，對其繼續(xù)的研究和探索下去，面對各行業(yè)的需求，設(shè)計出可用性強、效率更高的控制系統(tǒng)。對機電一體化的控制系統(tǒng)的探究也要立足當下，進一步提高計算機技術(shù)以及機械電子技術(shù)，為國內(nèi)在機電一體化領(lǐng)域的不斷發(fā)展打下基礎(chǔ)。

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