机电一体化控制系统的设计与实现

机电一体化控制系统的设计与实现

谢  波

重庆中环建设有限公司 重庆 401120

摘要：机械技术与电子科学的结合被归纳为机电一体化技术，亦即是机械的电子化改造。计算机技术的日益精湛和机械工艺的不断更新，促进了该领域的突飞猛进。它充分集成了微型机械与微电子技术，把过去的原始操作系统转换成了能独立作出判定和分析的高智能力电机设备。深化对机电一体化控制系统的研究对加强系统智能化程度具有巨大的意义，它能显著地提高机电设备的自主诊断能力和作业效能。文章将对机电一体化控制系统的构设计划、作用原理、多元化种类及其实际应用做出全面剖析，并展望其在设计和应用层面的发展动向。

关键词：机电一体化；控制系统；原理；分类；应用；分析

引言：机械工程与电子科技的深度融合即为机电一体技术，它综合性地融汇了如机械设计、电子工程、微电子科技、计算机信息技术、传感设备运用、人机界面搭建以及信号互换等众多学科领域，而且这项技术的集成应用得以在各种实际操作中发挥作用。机电一体化技术被广泛利用于当下的自动化生产设施上，代表着现代机电设备的发展水平。控制系统作为机电一体化装置的心脏，承担着信息处理与精确控制的重任，借助于计算机界面实现与外围设备及其驱动器的联动，确保机电系统各环节协同高效运作。

1.控制系统的组成及工作原理

调控机制的组成涵盖操作装置、执行部件、被操纵对象及感测与监测设备，这些构件通过标准化的界面相互链接，形成一个完善的控制循环。该机制的核心运作步骤如下：初始阶段导入设定信号和调节操作参数，再通过感测与监测设备搜集外部信息，这些信息随即传递至控制核心进行剖析与调整。调整后的指示再派发至执行部件，由该部件实施动作，保持被操纵对象依控制核心的既定方案进行必要的调整。最终，被操纵对象将其调整后的参数反馈，从而达成机电一体化控制系统的工作目标。

2.控制系统分类

2.1基于控制系统判定准则里是否包含受控体的行为算法，控制系统能够划分为序贯控制系统与回馈控制系统。

2.1.1顺序控制系统

其运作原理建立在：对时间节点、过程执行和周边状况等多元参数的评估基础上，进而规划受控行为程序，这符合开环控制系统的定义。这种系统的主要优势在于操作简易、成本低廉，且维护开支相对较少。然而，其劣势在于动作精度不甚理想，且对于环境的变动及干扰的反应能力不强。

2.1.2反馈控制系统

本系统的作业原理可归纳如此：它通过探测器搜集目标机械的操作信息，并实时将这些信息发送至控制中心，随后对工作状态施加必要的调整，由此形成一个闭环控制系统。尽管该方案的操作成本较高，维护工作也相对繁琐，但由于它展现出了稳定的性能水平、优秀的实时调节功能以及较为强劲的抗干扰能力，因此得到了广泛的认同。

2.2按照控制系统输出信号的变化规律可将控制系统分为镇定控制系统、随动控制系统和程序控制系统

（1）稳态调节装置之所以卓有成效，是因为其能屏蔽外部的干扰因素，并持续输出与系统既定要求符合的信号，这一点尤其适用于实现恒温、稳速等目标的机电集成控制系统。

（2）随动系统，又名逐目系统，其显着之处在于此类系统输出的信号能在指定范围内自如转移，并非遵循某一固定模式。因此，其输出信号无法用恒定的函数形式来描述；系统操作需不断获得精确的引导指令，且对系统的操控及分析能力需极为娴熟。此种技术普遍适用于目标定位仪器、广域搜索设备等多种应用场合。

（3）软件驱动的自动控制装置也被称为过程控制自动化，它的核心特点在于依据事先设计的算法进行输出信号的调整，确保输出信号严格按照预设范围进行变动，其变化的轨迹受到先设函数的严格指导。这类型的系统广泛用于机电一体化设备中，例如数控车床就是一个示例，其运行过程遵守一定的规律性。

3.机电一体化控制系统原则

众多机电一体化的控制系统虽类型各异，然而它们在控制的基本特性和规律上却保持统一。主要表现在三个方面：

3.1准确性

系统调整期间，操作输出与预定指令间的偏差需维持在可承受范围，且在确保控制系统稳定运作的基础上，要逐步缩减这种误差。控制的准确度对决定加工产品的品质至关重要，并且它直接关系到控制系统的最终性能。

3.2稳定性

确保系统操作的稳定性对于维持产品质量和设计方案的一致性扮演着至关重要的角色，它使得在外部干扰影响下依旧能够有效避免品质劣化。需要指出的是，在闭环控制系统里，反馈环节对参数偏差极为敏感，这种情况可能造成系统的震荡问题，从而干扰系统正常的运作功能。

3.3快速性

系统必须能够敏捷地应对和修正误差，对异常信号作出快速响应，因为系统中出现的差错有可能导致操作失误或产品品质降低。因此，要尽速解决这些问题，确保系统能够持续稳定地运行。

4.机电一体化设计应用及发展方向

4.1机电一体化控制系统设计应用

机电一体化控制系统在机械制造业中应用广泛，典型的设计应用有以下几点：

（1）在制造挖掘机的阶段中，通过采纳仿真控制理念及控制系统技术，对液压装置中油泵的输出压力和控制压力以及其他相关参数进行了实时监测。相关的操作数据回馈给控制系统后，用以对挖掘机操控单元的工况进行相应的调整，从而实现了控制系统设计蓝图的有效落实。

（2）在制造压缩机的阶段，通过运用控制系统对由内部失衡重块产生的振动轨迹实施跟踪。在此基础上，对振动轮的加速度进行分析。运用包括傅立叶分析在内的技术手段提取与地面密实度相关的参数，目的是调整压缩机的运行模式，进而实现提升作业性能的愿景。

（3）在国外的重型吊装设备制造业内，工厂已经实施了将模糊逻辑应用于嵌入式控制系统的策略。这个做法结合了一线作业的经验智慧和科学的参数设定，在高级微处理器的支持下，让机器具备了类似人类操作的敏捷性，并且显着提升了作业效率和安全水平。

4.2机电一体化控制系统应用方向

集控技术融合了机械与电子，推动了机电一体化设备迈向智能化发展。伴随光学、通信、微电子和机械工程等学科技术的突破，控制技术变得更加细致与高效。与此同时，人工智能、光纤和神经网络技术的兴起进一步增强了机电集成控制系统的功能。目前，这一领域内的控制系统在若干关键领域已展现出其应用价值。

4.2.1模块化

机电一体化技术实现了跨越式的发展，其关键表现为设备系统采纳了模块化设计。考虑到当下的机电综合体大多来自不同的制造厂家和生产单位，因此对其信号交互、转换过程以及电路接口等关键点必须制定统一规范。利用模块化构建的益处在于可以让各个独立的控制单元在不同的机械电子系统内自由替换，这极大地解决了不同设备之间的参数不一致问题，推动了行业的发展和技术的交流。

4.2.2智能化

智能控制技术的快速发展得益于多个新兴科技领域的突破，其中包括但不限于人工智能、优化算法、信息技术、模糊逻辑学、心理分析学、生物物理学以及混沌理论的进步。这些科技的提升使得机电一体化控制系统获得了自主思考和执行任务的能力，显著提升了工作效率，同时降低了操作的复杂度。不过，实现这一目标还需依赖先进的硬件和高速的计算技术作为支撑。

4.2.3网络化

随着网络世界的崛起，技术信息得以迅速遍布，面向机电一体化控制技术而言，一旦其功能展现出色，便能够在全球范围内速速获得广泛的肯定。正因为如此，不断壮大的市场正推进这一领域的进一步发展以及科研探索的加深，并最终促成机电一体化控制系统性能的快速增长。

4.2.4环境化

社会呼吁加强对环境和资源的守护，并提倡采纳亲近自然的生活模式。在这样的社会需求驱动下，生态友好的理念孕育而出，逐渐成为时代发展的趋势。绿色产品在其完整生命周期内的每个阶段，从构思、生产到消费，再到最终报废处理，都应恪守环境保护和健康规范的严苛要求，力求对生态环境的负面冲击最小化，同时确保资源得到高效的再应用。研制遵循环保要求的机电一体化控制产品正合乎当下环境友好的发展趋势。机电一体化产品倡导绿色发展，确保其在运行期间不造成环境污染，且当其服务期满后，各个组件均可重新得到循环使用。

结束语

当下，在机械制造业界，广泛采用了集机械与电子技术于一体的管理方案，凭借其卓越的性能与操作的便捷性，这一系统在消费者选择机电设备时获得了青睐。尽管机电集成的技术手段日渐完善，周围的配套设施和执行流程也已相对齐备，然而，我们还需意识到它在实际应用过程中的限制和不足之处。应不断进行深化改进，更为精准和具体地针对各具特色的行业进行机电集成系统的深入研究与开发，打造更贴合需求、实用性更高的自动化控制系统。同时，在机电集成技术的研究上也应脚踏实地，持续推进计算机技术与机械生产技术的结合与发展，以便推动我国在此领域实现更众多的突破。

参考文献

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