论机电技术在机电控制系统中的应用

论机电技术在机电控制系统中的应用

郭允杰

郭允杰

成都地铁运营有限公司四川成都610000

摘要：电子技术与计算机技术的发展，使得当时的机电控制技术逐渐向现代控制技术发展，并由单变量控制系统逐渐向多变量控制系统过渡。从70年代开始，计算机技术领域逐渐向微型化扩展。机电控制技术通过引入微型计算机，已开始向着智能化的方向发展。本文主要介绍了控制系统的基本概念以及什么是自动控制技术，阐述了机电控制系统的分类，分析了机电系统的设计流程以及传感器、变送器和执行器的选取。

关键词：机电控制，系统，设计

1前言

机电控制系统设计是指按照一定的设计规划，根据机电控制技术进行设计机电控制系统的过程。目前，随着我国经济和科学技术的发展，机电控制系统的应用也越来越广泛。

2控制系统的基本概念

“量”控制与“逻辑”控制，一般来说，“控制”的内容可分为两类，即以速度、位移、温度、压力等数量大小为控制对象和以物体的“有”、“无”、“动”、“停”等逻辑状态为控制对象。以数量大小为对象的控制可根据表示数量大小的信号种类分为模拟控制和数字控制。

2.1.模拟控制

是指将速度、位移、温度或压力等变换成大小与其对应的电压或电流等模拟量进行信号处理的控制。其信号处理方法称为模拟信号处理，采用模拟信号处理的控制称为模拟控制。

2.2.数字控制

是指把要处理的“量”变成数字量进行信号处理的控制。其信号处理方法称为数字信号处理，采用数字信号处理的控制，称为数字控制。模拟控制精度不高，不适合于复杂的信号处理。数字控制可用于要求高精度和信号运算比较复杂的场合。用计算机作主控制器的系统中，虽然在最后控制位置、力、速度等部分中模拟控制仍然是主流，但在这之前的各种信号处理中，多数用数字控制。以上信号均是连续变化量。以“逻辑状态”为对象的控制称为逻辑控制，通常处理开关的“通”、“断”，灯的“亮”、“灭”，电动机的“运转”、“停止”之类的“1”与“0”二值逻辑信号。逻辑控制又称顺序控制。称为逻辑控制是强调信号处理的方式；称为顺序控制是强调对被控对象的作用。

3自动控制技术

自动控制技术是通过控制器使被控对象或过程自动按预定的规律运行。因被控对象种类繁多，控制技术的内容非常丰富，有高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等技术。自动控制技术可协调机械、电器各部分来有效完成动作过程，在机电控制系统中起重要作用。

自动控制的理论基础是自动控制原理，它分为经典控制理论和现代控制理论。前者研究对象是单变量的线性时不变系统，它使用的数学工具是拉普拉斯变换，用传递函数方法在频率域进行系统分析。它的控制原理是负反馈闭环系统，以自动调节器作为反馈控制系统的中心环节，所以，经典控制理论也叫自动调节原理。后者是以多变量、非线性、时变系统为研究对象，它运用的数学工具有线性代数、矩阵论和集合论等。

它是用状态空间法在时间域内进行系统分析，用状态方程描述系统过程。根据状态及条件，分析下一步的状态。现代控制理论研究的主要内容是最优控制、随机控制、自适应控制和鲁棒控制等。经典控制理论和现代控制理论，被人们统称为传统控制理论。它们的共性是基于被控对象的精确数学模型，就是控制对象和干扰均应以严格的数学方程和函数表示。控制的任务和目标通常比较直接明确。

而在现实世界中，许多系统，诸如智能机器人系统、计算机集成制造系统、航空航天控制系统等用传统的控制理论却难以解决，从20世纪70年代以后，特别是21世纪以来，智能控制开始兴起，已经形成了一门新兴学科。智能控制系统具有学习功能、自适应功能和自行组织与协调功能。它主要采用的数学工具是符号推理与数值计算的结合以及神经元网络和模糊理论等。智能控制是一门新兴的多个领域交叉学科，它的理论尚未成熟，而实际的需要有力地推动了智能控制理论和技术的迅速发展，具有广阔的发展前景。在机电控制系统中会逐渐发挥其重要作用。

4变结构控制

变结构控制根据系统状态偏离滑模的程度来改变控制器的结构，从而使控制系统按滑模规定的规律运行。变结构控制的控制律简单，能保证控制系统的动态特性和稳态特性，并且具有很强的鲁棒性。但它却存在着严重的抖动现象，且不适用于采样周期长的控制系统。如在某供水系统中，若采用PID控制，由于控制系统的参数是根据最大及最小供水量确定的，只是一个范围，在现场调试时进行具体确定，其控制效果并不理想。但若采用变结构控制系统，就解决了参数的不确定性，最终系统能够保证用户实际供水压力误差不大于5%，并且与恒速供水系统相比，能节省30%以上的电量。

5HW控制

HW控制理论是针对控制系统存在不确定性（如阶次摄动、参数摄动）和外界干扰的情况，通过求取出某种控制律，从而使控制系统对这些不确定性和外界干扰不敏感的控制方法。HW控制的优点在于对于能量有界的外界干扰问题以及系统的不确定性，它都有效。同时，最小灵敏度问题、鲁棒性问题等都可以转化为HW最优控制问题。然而，HW控制方法很难同时满足系统的鲁棒性问题和其他性能指标，同时它的非线性控制问题还不是很完善。

6模糊控制

模糊控制可以简化系统设计的复杂性，适用于那些非线性、时变、模型不完全的系统。它利用控制法则来描述系统变量之间的关系，用语言而不用数值来描述系统，这使得设计人员在设计模糊控制器时不必对控制对象建立完整的数学模型。另外，模糊控制器是一种易于控制的非线性控制器，有较好的适应性、强健性和容错性。但模糊控制也存在一些不足：

（1）模糊控制的设计尚不具有系统性，难以实现复杂的控制；

（2）模糊控制系统设计方法仍只是凭借着设计人员的经验进行的；

（3）控制精度、动态品质与实时控制的矛盾难以解决；

（4）关于模糊控制的稳定性及鲁棒性问题还有待解决。

7神经网络控制

神经网络控制是模拟人的感官以及脑细胞的工作原理进行工作的，具有一定的联想、推理等能力。在神经网络控制系统中，硬件和软件的功能是对神经细胞的网络和工作方式分别进行模拟。目前，基于人工神经网络的智能控制系统已广泛应用，且成效显著。由于人工神经网络控制在理论上可近似于任何非线性映射，所以它在解决控制系统的非线性问题方面有很大的潜在价值。

8传感器、变送器和执行器的选取

传感器可以将非电物理量，如温度、压力、流量、位移、液位、气体成分等被测参数变成电信号，如电压、电流或电阻信号，再通过变送器变成可以远传的统一标准信号，然后送往AI模板进行数据采集。

执行器是过程控制系统中不可缺少的组成部分，它的作用是接收计算机发出的控制信号，并把它转换成机械动作，对生产过程实施控制。执行器可以分为气动、电动、液压3种类型。

9结语

随着各种技术的发展以及深入，机电控制系统不仅具有程序化、高智能化、信息化等特点，而且体积小、操作维护方便、保护齐全、性能比较可靠，因此，机电控制系统的应用也越来越广泛。所以，在机电控制系统的设计中，我们要严格按照设计流程进行设计。

参考文献

[1]王清平机电控制系统的设计[J]煤炭技术2011（07）

[2]刘丹自动控制系统在市政排水系统中的应用[J]科技资讯2011（12）

[3]梁治河机电控制系统自动控制技术与一体化设计[J]科技风2011（09）

[4]项喜林刘成香分析机电控制系统的应用[J]科技资讯2012（16）