控制工程在机械电子工程中的应用

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　　摘  要：近年来，科学技术的快速发展，使机械电子工程在科学技术的带动下取得了巨大的进步，尤其是在机械电子控制方面，为机械电子工程的快速发展打下了坚实的基础。控制工程与机械电子工程有着密切的关系，利用科学技术来对控制工程进行不断的优化与改进，必将带动机械电子工程的进步与发展。鉴于此，该文阐述了控制工程的内涵，分析了控制工程在机械电子工程中发挥的作用，最后对控制工程在机械电子工程中的具体应用进行深入的探讨，以期能够促进控制工程与机械电子工程之间的快速融合，实现机械电子工程的智能化、自动化发展。
　　关键词：控制工程  机械电子  应用
　　中图分类号：TP273                                 文献标识码：A                        文章编号：1672-3791（2019）04（a）-0022-02
　　自第一次工业技术革命以来，控制理论便已经产生，在那时，人们在对蒸汽机进行改良时，便尝试运用控制理论，利用离心式非锤调速器来对蒸汽机的转速进行控制，从而使蒸汽机得以被广泛应用于工业生产中。随着时代的发展，工业水平的快速提升，使人们对控制理论的研究变得越来越深入，这也使控制理论变得越来越系统化、科学化。21世纪的到来，使人们迎来了信息时代，这也使控制技术取得了飞速发展，并广泛应用于各行各业中，在控制技术的带动下，各个领域的技术水平都得到了极大提高，特别是计算机控制技术的出现，在我国现代社会发展中发挥了至关重要的作用，并促进了机械电子工程的智能化转变。
　　1  控制工程的内涵
　　控制理论作为控制工程中的基本指导思想，其是在计算机技术与信息技术的基础上形成的一门学科，控制工程可实现对机械设备的自动化操控与管理，这也是控制工程的内涵所在。随着人们对控制理论研究的不断深入，越来越多的控制技术出现在人们眼前，这也使控制技术的应用范围变得更加广泛，尤其是在机械制造中扮演着至关重要的角色，通过控制技术的应用，可使机械制造流程具有自动化特点。机械电子工程结合了电子工程与机械工程的所有技术，相比于以往的机械工程，机械电子工程具有明显的综合性与融合性特点，可大幅提高产品的制造质量与生产效率。由于在机械电子工程中需要应用许多现代化技术，这也使控制工程的应用水平将直接影响到机械电子工程的稳定运行。
　　2  控制工程在机械电子工程中发挥的作用
　　在机械电子工程中，控制工程在其中发挥着重要的作用，这些作用主要体现在以下方面：其一，相比于以往的机械工程来说，控制工程有着本质的不同，控制工程可采用多种控制技术来确保机械电子工程完成指定的目标任务，这些控制技术拥有很强的应用性与操作性;其二，控制工程在操作方式上非常便捷，而且使用性能非常优异，在空间结构上也较为简单，这使其能够有效解决生产过程中遇到的各种复杂问题，通过对机械技术进行综合实践与理论论证，以此获得令人满意的控制效果;其三，空间线性方程是机械电子工程对控制工程进行应用的理论依据，其在解决非线性及多输入等复杂问题中有着巨大的应用优势，这使其在机械工程活动中发挥着极为重要的作用，并为控制工程的实践与论证提供了大量关于技术层面与理论层面的支持。
　　3  控制工程在机械电子工程中的应用分析
　　随着现代化社会的发展，控制工程与机械电子工程的结合变得越来越紧密，这也使其在机械电子工程中发挥着越来越重要的作用。与此同时，人们对控制工程的核心控制技术也进行了更加深入的研究，并致力于将其有效应用于机械电子工程中，这些核心控制技术主要包括智能控制技术、鲁棒控制技术、模糊控制技术、神经网络控制技术、预测控制技术等。以下便对这些控制工程中的核心技术在机械电子工程中的相关应用进行深入的分析。
　　3.1 智能控制技术
　　近年来，智能化技术的飞速发展，使其与计算机技术之间有了密切的结合，从而形成了以智能化技術为核心的智能控制系统。智能控制系统作为计算机技术与人工智能技术的结合产物，可实现对机械电子工程的智能化模拟和控制，这种智能化是对人工操作方式及思维模式进行模拟而实现的，通过智能控制系统的应用，可使智能机器人在操作过程中能够像人一样进行自动操作和控制。智能控制系统在控制过程中，会对所需信息进行自主采集，并通过对这些信息进行处理，按照人类大脑的思维模式，以此模拟出对应的操作控制方式。由此可见，信息时代的发展，使各个行业的智能化转变已经成为未来的必然趋势，而智能控制系统也得以在各个领域中得到有效运用，相比于以往的生产方式，不仅大幅提高了生产效率，减轻了操作人员的劳动强度，也大幅降低了违规操作与误操作的发生几率，并且由智能控制系统对各个生产环节进行严格的控制，还可使生产成本得到有效节约。
　　3.2 鲁棒控制技术
　　鲁棒控制技术作为控制工程中的核心技术，在机械电子工程中也同样发挥着重要的控制作用。鲁棒控制技术是以控制器为载体来进行控制的，通过对控制器按照相应的性能指标进行设计，可实现对控制问题的有效转化，从而使复杂的控制问题转变成较为简单的问题进行解决。在控制系统中，其鲁棒性特征体现在外界存在干扰源时，能够确保系统的运行性能不会受到干扰源的干扰，使其始终保持着相应的性能来稳定运行。正是由于鲁棒控制系统所具有的稳定控制作用，使其广泛应用于机械制造领域。例如，在对柔性臂进行制造时，为了确保控制系统对柔性臂轨迹的稳定控制，在对鲁棒控制器进行设计时，往往要采用滑模变结构，该结构是以Hx控制理论为指导来确定的，在此过程中，需要利用补偿控制算法进行计算，使滑膜结构能够按照Hx控制理论的要求来对柔性臂轨迹进行组合性控制，这样便可确保电子机械工程得以稳定运行。 　　3.3 模糊控制技术
　　在机械工程中涉及到众多的加工步骤，这也使机械工程需要进行繁琐的操作，大大增加了操作的不便性，而仅仅采用传统的控制方法，对机械工程模型进行构建，往往难度会非常大，并且也使工程人员的劳动强度大幅增加。因此，要想简化机械工程的控制流程，仅仅依靠传统的控制方法，利用模型进行控制是远远不够的，而且控制效果也不够理想。因此，对于这类控制问题，可通过模糊控制技术进行解决，模糊控制技术可简化原本较为复杂的问题。而以往的控制方法，则往往需要根据机械工程的实际运行情况，对各种运行数据进行采集，并以这些数据为基础来构建精确的模型，这无疑会给工程人员带来很大的挑战，并且构建的模型也往往不够精确。相比于以往的控制方法，模糊控制技术不需要从数据方面对机械工程进行精确的分析，工程人员在应用模糊控制技术时，只需保证输入量的偏差能够处于工程允许范围内即可。模糊控制技术正是凭借其独特的控制优势，使其在机械电子工程中得到了非常广泛的应用。
　　3.4 神经网络控制技术
　　近年来，人们对控制工程研究的不断深入，使神经网络控制成为一种新兴的核心控制技术，该技术是在生物学的基础上演变而来的。相比于其他控制技术，神经网络控制技术可以看成是一种由大量神经元组成的网络，这些神经元在构成及使用效果上都比较简单，但通过大量神经元的连接与组合，可使神经网络具有更加复杂和丰富的功能，这也使神经网络控制技术可以对海量的复杂数据进行有效处理。以神经网络控制技术为核心的系统也由此具有智能化特征，并广泛应用于机械电子工程的智能化控制工作中。一直以来，人们在应用数控机床进行生产时，产品的加工精度往往达不到使用要求，而且在产品加工中还难以避免地会出现操作误差，从而给产品的加工成功率与加工效率带来很大影响。而通过神经网络控制技术的应用，不仅可大幅提高数控机床对产品的加工精确度，提高数控机床的加工效率，而且还可确保整个加工过程的安全性。
　　3.5 预测控制技术
　　预测控制技术是控制工程中一种重要的核心控制技术，它最为明显的特征是其提前性。该技术可根据机械电子设备的实际运行情况，通过准确的预测来评估机械电子设备的运行状态，帮助控制人员根据预测结果来采取相应的应对方案，以此确保机械电子设备的稳定运行，保障设备运行安全。例如，在高速液压机运行过程中，通过预测控制技术的应用，可对高速液压机的运行压力、运转速度等数据进行采集，并根据这些数据来构建预测模型，通过训练预测模型来分析设备所承受的冲击荷载是否处于安全范围，预测设备的输出值，以此确定其运行误差，进而预测出系统是否会出现超调问题，帮助工程人员根据预测结果来采取对应的控制方案，以此实现对高速液压机的精准控制，避免高速液压机因压力过大或转速过快等问题而出现运行误差。
　　3.6 集成控制技术
　　在控制工程中，集成控制技术在机械电子工程中有着非常广泛的应用。信息化技术的发展，使集成控制技术应运而生，该技术在控制上具有统一性，可同时控制和管理不同种类的机械电子设备，使这些机械电子设备能够在互不干扰的情况下正常运行，从而充分发挥其功能，实现不同机械电子设备的协同化生产。集成控制技术在机械电子工程的应用，可大幅提高企业的生产效率，提升产品的生产质量，该技术可对不同机械电子设备的实际运行数据进行有效整合，并采用对应的控制方式来达到集成控制的目的。在科学技术的带动下，人们对集成控制技术的改进与优化，使集成控制系统能够进行柔性化控制，从而使产品在生产和制造过程中能够变得更加高效、科学。
　　4  结语
　　总而言之，随着科技的发展与进步，机械电子工程的智能化、自动化、信息化转变趋势将变得愈发明显，这也使控制工程中的核心技术在机械电子工程中发挥更为重要的作用。而对于控制工程来说，人们对控制工程研究的不断深入，必将促使更多的新型控制技术出现。同时，现有的核心控制技术也将得到相应的优化与改进，这也使机械电子工程中许多复杂的控制难题将得到逐一解决，从而真正实现机械电子工程与控制工程的深度融合，使两者的应用优势得到全面发挥，进而更好地推动我国现代化工业的进步与发展。
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