機械電子工程中控制工程的運用
前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了機械電子工程中控制工程的運用范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。
摘要：隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高和農(nóng)機一體化進程的不斷推進，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對機械電子現(xiàn)代化的要求日益增加，需不斷加快創(chuàng)新。從農(nóng)業(yè)應用的角度來看，將控制工程和機械電子工程相互結(jié)合，能大幅度提升機械電子設備的工作效率、提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟收入，還對農(nóng)機一體化的發(fā)展起到了積極作用，并作出了巨大貢獻?；诖耍恼峦ㄟ^介紹控制工程和機械電子工程相關內(nèi)容，分析了農(nóng)機一體化下控制工程在機械電子工程中的具體運用，以更好地促進農(nóng)機一體化發(fā)展。
關鍵詞：農(nóng)機一體化；控制工程；機械電子工程
我國經(jīng)濟的發(fā)展與科學技術的進步在某種程度上推進了農(nóng)業(yè)機械一體化發(fā)展，改變了控制工程技術和機械電子工程技術的發(fā)展趨勢。智能一體化、多樣化和集成化逐漸成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的主流，這不但提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術的水平，還增加了對控制工程和機械電子工程的技術需求。當前，諸多研究表明，將控制工程應用于機械電子工程中可以大幅度提高機械生產(chǎn)效率，同時也為機械電子工程的創(chuàng)新發(fā)展提供更多更好的機會，控制工程和機械電子工程是相互促進，相輔相成的。因此，加快農(nóng)業(yè)機械一體化背景下控制工程在機械電子工程中應用的分析與研究，具有重要的價值和意義。
1農(nóng)機一體化及相關專業(yè)理論概述
1.1農(nóng)機一體化
隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設進程的不斷加快，農(nóng)業(yè)機械一體化已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一種不可避免的趨勢。農(nóng)業(yè)機械實現(xiàn)真正的一體化不僅意味著農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)工具更加先進，而且與生產(chǎn)水平的提高、生產(chǎn)力發(fā)展的增強、社會文明的不斷進步和發(fā)展都息息相關。因此，農(nóng)機一體化成了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化技術真正廣泛應用和傳播的基礎和先決條件，其對農(nóng)業(yè)發(fā)展的推助作用不容忽視。
1.2控制工程
工程理論與計算機技術的結(jié)合產(chǎn)生了控制工程?？刂乒こ讨饕峭ㄟ^控制設備數(shù)據(jù)的輸入、輸出以及修改數(shù)據(jù)參數(shù)，實現(xiàn)相關機械電子設備的操作和改進。控制工程誕生于18世紀的第一次工業(yè)革命，當時的科學家們試圖引入一種新的技術原理打破蒸汽機原始發(fā)動機的機械運轉(zhuǎn)模式，進而提高蒸汽機的工作效率，這一項技術的原理就是控制工程中的“離心式非錘調(diào)速器原理”[1]。后來，隨著世界科學技術的發(fā)展，越來越多研究人員發(fā)現(xiàn)了更加系統(tǒng)、更加科學的控制工程技術。進入21世紀后，信息技術成了一股科技前沿力量，包含控制技術在內(nèi)的信息通信技術成為一門越來越為人所熟知的基礎學科，控制技術中系統(tǒng)的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)性等理論思想也因此得到了更廣泛的傳播和推廣。目前，控制工程已經(jīng)被廣泛應用于機械電子工程領域的自動化技術和集成技術中，在不斷改進機械電子工程技術的同時，使各類機械設備的生產(chǎn)效率得到大幅度提升，可以說控制工程對世界科學技術的發(fā)展貢獻巨大。
1.3機械電子工程
傳統(tǒng)的機械工業(yè)通常是一種技術對應一種實踐生產(chǎn)，相關的機械設備較為復雜且操作困難，導致機械生產(chǎn)效率不高且人力、物力資源消耗巨大，而機械電子工程的出現(xiàn)很好地破除了這一發(fā)展困境。機械電子工程實際上就是機械工程和電子工程的結(jié)合，其可以采用模塊化的方式控制系統(tǒng)生產(chǎn)出質(zhì)量高、性能好的產(chǎn)品，因此其與傳統(tǒng)的機械工業(yè)技術相比，具有極強的實踐性和應用性。機械技術、自動控制技術、傳感器檢測技術以及電子技術是機械電子工程的四大核心技術，其中，機械技術承擔著機械電子設備的載體作用，為整個機械電子設備的操作框架提供支撐，同時也對其他技術操作有直接的影響；自動控制技術是將自動控制理論與機械控制技術相結(jié)合的產(chǎn)物，其主要作用是控制機械電子設備運行的過程，并不斷改進整體過程，以提高機械設備工作效率；傳感器檢測技術主要是進行機械設備運行參數(shù)和測量值的檢測，因此檢測數(shù)據(jù)的準確性直接影響機械電子系統(tǒng)的運行過程；電子技術主要是將電子學原理和產(chǎn)品生產(chǎn)控制要求相結(jié)合，根據(jù)電子器元件和機械元件制造相應的機械電子工程產(chǎn)品。當前，機械電子工程在我國農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)中都得到了廣泛的應用，其性能也隨著生產(chǎn)需求的不斷變化而逐步提高。
2農(nóng)機一體化下控制工程在機械電子工程中的運用
2.1預測控制技術的運用
預測控制技術是控制工程的重要組成部分，預測控制技術與機械電子工程的結(jié)合可以在高速液壓系統(tǒng)的設計中得以體現(xiàn)。隨著我國科技的不斷進步以及市場對高速液壓機要求的不斷提高，設計者不得不引進新技術來增強高速液壓機的運轉(zhuǎn)效能，但是這也為高速液壓系統(tǒng)的慣性運轉(zhuǎn)帶來了很大的麻煩，導致液壓系統(tǒng)超調(diào)等問題有所增加，直接影響液壓高速系統(tǒng)測量精度[2]。預測控制技術的應用則可以直接計算高速液壓機運轉(zhuǎn)過程中的數(shù)值誤差，工作人員可以結(jié)合這一數(shù)值對高速液壓機的運轉(zhuǎn)慣性負載進行預測和調(diào)控，再由預測控制器輸出正確的運轉(zhuǎn)情況，從而大幅度提升液壓機械的運轉(zhuǎn)效率，真正實現(xiàn)機械性能的提高。
2.2智能控制技術的運用
智能控制技術將計算機技術與人工智能技術相結(jié)合，實現(xiàn)了機械電子設備的無人化控制操作。其具體的工作原理如下：智能控制系統(tǒng)通過模擬技術向智能機器人傳達操作指令，這時的智能機器人就會像人一樣進行全方位思考、收集運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)和設備工作信息、管理各類機械之間的運轉(zhuǎn)關系，進而實現(xiàn)機械電子設備內(nèi)部操作過程的智能化、無人化控制[3]。農(nóng)機一體化下的大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也因為智能控制技術的應用，實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。將智能控制技術應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，不僅降低了生產(chǎn)成本、提高了生產(chǎn)效率，還在節(jié)約勞動力使用量的同時，進一步優(yōu)化了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的各操作環(huán)節(jié)。
2.3模糊控制技術的運用
通常情況下，控制系統(tǒng)中影響控制有效性的關鍵因素是動態(tài)模型的準確性，這就需要確保復雜系統(tǒng)中的所有信息更為精準。然而，在控制系統(tǒng)的運行過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)數(shù)值變量問題，對系統(tǒng)動態(tài)的準確描述以及系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的情況了解產(chǎn)生阻礙。相關研究人員為解決這一難題，探索性地將控制技術與模糊數(shù)學理論相結(jié)合，產(chǎn)生了模糊控制技術。模糊控制技術中的核心配件——模糊控制器可以與其他組件相互配合，完成機械設備數(shù)據(jù)模糊化、解模糊數(shù)據(jù)、模糊數(shù)據(jù)推理、規(guī)則庫建立等工作。規(guī)則庫中儲存著機械設備模糊數(shù)據(jù)的所有計算規(guī)則，具體工作方式是將在模糊控制裝置輸入的數(shù)據(jù)完全變成可識別的模糊量，且每個模糊量都與規(guī)則庫中的語言數(shù)值一一對應，隨后將這些模糊量轉(zhuǎn)換為精確的語言數(shù)值，并進一步計算推理，最終輸出精確無誤的機械運行數(shù)值，供控制人員參考[4]。模糊控制技術在簡化了機械電子設備操作的同時，提高了機械設備的工作效率。
2.4魯棒控制技術的運用
應用魯棒控制技術的機械系統(tǒng)不會受外部因素影響而改變相關參數(shù)數(shù)值，也正是得益于這一優(yōu)勢，魯棒控制技術在機械控制工作中得到較為廣泛的傳播推廣。以柔性機械臂的生產(chǎn)過程為例，柔性機械臂生產(chǎn)系統(tǒng)因其分數(shù)參數(shù)系統(tǒng)的特性，非常容易受到外部因素的干擾，導致系統(tǒng)的反向運動存在很大誤差，進而使得整個機器柔性臂的生產(chǎn)控制操作極為困難。但魯棒控制技術的出現(xiàn)讓這一問題得到了良好的改善，魯棒控制技術融合了模態(tài)法和奇異攝動理論，將系統(tǒng)分為慢速系統(tǒng)和加速系統(tǒng)，并采用魯棒控制器調(diào)控系統(tǒng)的加速度、滑膜控制器調(diào)控系統(tǒng)的減速，這種分級控制方法減少了外部環(huán)境對系統(tǒng)運行的干擾，提高了機械設備生產(chǎn)效率的同時，提升了系統(tǒng)工作性能[5]。
2.5神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術的運用
神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術是一種以生物學理論為基礎、以控制工程為操作方式的網(wǎng)絡控制技術[6]。神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術的工作原理是將系統(tǒng)中各個連接點看作單個的神經(jīng)元，通過各個節(jié)點的互連形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，并成為一個高度非線性的動態(tài)系統(tǒng)，進而通過相對應的操作處理設備傳輸?shù)男畔ⅰ＠?，在機械電子工程的數(shù)控機床中應用神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術，可以對數(shù)控系統(tǒng)操作過程中的相關數(shù)據(jù)信息進行函數(shù)賦值，并通過向量算法計算得出最終結(jié)果，使神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術更智能化、高效化地應用于數(shù)控機床中。整個操作過程具有高度容錯性和高強度工作等優(yōu)勢，大大提高了數(shù)字控制技術的處理效率。
3農(nóng)機一體化下控制工程的未來發(fā)展前景
我國的控制工程和機械電子工程的系統(tǒng)性研究與發(fā)達國家相比起步較晚，相關的技術研究仍與發(fā)達國家存在較大的差距。但隨著我國科技實力的不斷增強和控制工程研究的逐漸深入，控制工程得到了最大限度的改進，而將控制工程應用于機械電子工程中，也極大地促進了農(nóng)業(yè)機械一體化的發(fā)展。在今后，控制工程必須始終堅定不移地走創(chuàng)新發(fā)展道路，通過控制技術的優(yōu)化和使用，改善相關機械設備的運轉(zhuǎn)性能，從而推動機械電子工程朝著多樣化、集成化和智能化的前沿方向不斷邁進。與此同時，我國綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展理念深入人心，農(nóng)機一體化下的農(nóng)業(yè)市場對機械電子工程和控制工程的關注點不再僅集中于生產(chǎn)的經(jīng)濟效益上，而是更多地集中在能否實現(xiàn)經(jīng)濟效益和綠色發(fā)展并存方面上。因此，將控制工程應用于機械電子工程時，還應特別注意其生態(tài)保護性能，始終堅持綠色發(fā)展理念，并真正做到生產(chǎn)技術綠色環(huán)保，只有這樣才能實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護的協(xié)調(diào)有序發(fā)展[7]。
4結(jié)束語
綜上所述，控制工程在機械電子工程中已經(jīng)得到了廣泛的運用，并取得了不錯的成就，其還使機械電子工程朝著更加智能化、多樣化以及高水準化的方向不斷邁進。農(nóng)機一體化的大背景下，應該科學分析形勢、抓住發(fā)展大勢，大力助推控制工程在更多更為廣泛的領域得到應用，使除農(nóng)業(yè)生產(chǎn)外的各行各業(yè)都能得到穩(wěn)步良好的發(fā)展，為我國全面建設社會主義現(xiàn)代化奠定基石。
參考文獻：
[1]任琦.農(nóng)機一體化背景下控制工程在機械電子工程中的運用探析[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備,2019(4):156.
[2]李娟.多變量模型預測控制技術應用研究[D].昆明:昆明理工大學,2007.
[3]郭恒.智能控制技術在工程機械控制中的應用研究[J].南方農(nóng)機,2018,49(22):41.
[4]陳艷東,李雪輝.基于智能控制工程在機械電子工程中的應用探討[J].湖北農(nóng)機化,2019(21):57.
[5]魏弦.數(shù)控磨齒機床熱誤差魯棒建模技術及補償研究[D].西安:西安理工大學,2020.
[6]邊鑫.控制工程在機械電子工程中的應用[J].南方農(nóng)機,2020,51(6):161.
[7]王強.控制工程在機械電子工程中的應用[J].無線互聯(lián)科技,2019,16(17):143-144.
作者：蔡志勇 單位：四川輕化工大學
