基于智能控制的机械电子系统设计研究

基于智能控制的机械电子系统设计研究

冯一凡

乌鲁木齐市公共资源交易中心（乌鲁木齐市政府采购中心）， 新疆 乌鲁木齐 830000

摘要：随着我国智能化技术的快速发展，在机械电子系统设计过程中，引入智能控制技术，研究并设计一套高效、实用的机械电子系统。首先，阐述智能控制工程与机械电子的基本概念；其次，对机械电子系统展开设计，最后分析智能控制策略。

关键词：智能控制，机械电子系统，插秧机

引言

机械电子系统是一种融合了机械工程和电子工程的复杂系统，它们在现代工业中广泛应用于制造、自动化、航空航天、医疗和许多其他领域。为了满足不断增长的需求和挑战，研究人员和工程师不断努力提高机械电子系统的性能和效率。智能控制技术的出现为这些系统的设计和优化提供了新的可能性。

1智能控制工程与机械电子的基本概念

1.1智能控制工程概念

智能控制技术的发展离不开现代社会科技的支持。智能控制技术在发展过程中充分应用了计算机理论、信息论等理论，其中控制论发挥了重要作用。智能控制是一项复杂的工程，因此，在研究的过程中，会与其他科学技术产生交叉。因此，在相关设备的系统中，可以充分利用自动控制，除此以外，自动控制技术在机械电子工程中的应用，还可以充分利用各种现代科学技术，提高电子工程的稳定性和实用性、安全性等，从而大大提高电子产品的性能。如今，随着社会的发展，科学技术的进一步发展，信息化水平的提高，信息技术的不断完善，我国相关智能化产品的更新频率越来越高。在发展的今天，相关单位充分利用控制技术，主要目的就是将控制技术与自身所拥有的技术进行有效的结合，使其能够有效地结合起来，有效地提高竞争地位；同时，智能控制技术的发展，还能够促进我国电子产品的智能化发展，提高国际竞争力。

1.2机械电子概念

机械电子工程是与机械密不可分的，所以不难知道，机械电子工程是由于机械工程的发展而产生的，但是根据相关研究人员的探索，在最初的机械工程中，并没有机械的参与，他们主要依靠的是人工控制，所以存在着严重的问题。使用人工控制会严重影响工作效率，工作效率无法与机械电子工程相提并论。幸运的是，随着科学技术的发展，机械电子产品的智能控制技术得到了有效的应用。这种方法不仅可以减少人力的使用，还可以最大限度地提高电子产品的生产效率。与传统的相关电子产品相比，如今的电子产品在各方面的性能都更加稳定。质量也得到了很大的提高，在一定程度上促进了电子技术的进一步稳定发展。

2机械电子系统设计

2.1信息获取子系统

作为机械电子系统中不可或缺的组成部分，信息获取子系统主要负责提供实时、精确的环境及操作数据，以保障插秧机在各种作业条件下稳定、高效工作。具体而言，信息获取子系统通过配置一系列传感器来实时监测土壤温度、质地、湿度等关键环境因素，同时实时追踪插秧机的姿态、位置、速度等重要操作状态。这些数据经过处理后，被转换成系统可以解读与利用的信号，从而为后续分析与决策提供坚实的数据支撑。在设计与实现方面，着重考虑传感器的选型与布局，力求全面且精准地感知作业环境。同时，还注重设计与优化数据采集与处理电路，旨在最大限度地减少噪声与干扰，并提升数据的可靠性与精度。此外，为有效保障信息获取子系统与中央处理单元之间的高效数据传输，该子系统引入先进的数据通信技术，以切实保证数据的实时性与准确性。

2.2控制策略子系统

控制策略子系统在机械电子系统中发挥决定性指导作用。它通过充分利用信息获取子系统的数据，精确且高效地规划控制策略，以保障插秧机在复杂多变的作业条件下稳定、高效工作。具体而言，控制策略子系统首先会接收并深入分析信息获取子系统采集的各类数据。在此基础上，该子系统运会用相应的算法与模型来迅速制定出一系列适应特定作业环境的策略。例如，适时调整插秧机的插秧深度或行进速度等关键参数，以达到最佳的作业效果。在设计与实施方面，控制策略子系统通过持续完善模型与精细调整算法来有效提高决策过程的准确性与响应速度。此外，该子系统还与其他关键子系统维持紧密的合作与协调。通过使用一系列标准化的接口与通信协议来实现数据的有效共享与高效传输，以保障整个机械电子系统的各组成部分和谐、统一工作。

2.3执行子系统

执行子系统在机械电子系统中承担实际操作与执行策略的关键角色。它负责将控制策略子系统输出的指令及时、准确转化成插秧机的实际操作。在实际应用中，执行子系统接收到控制指令后，会迅速且准确地驱动插秧机的各执行机构完成相应动作。例如，通过灵活调整插秧装置的深浅来更好地适应不同的土壤条件，或适时调节行进马达的转速以有效控制插秧机的速度。插秧动作的精准协调，不仅确保了作业质量，还保证了插秧作业的高效性。在设计方面，执行子系统采用高精度与耐用性良好的机械部件，同时，采用精细机电一体化设计，实现控制策略子系统与执行子系统的完美协同，确保控制指令可以迅速传递并得到准确执行，确保插秧机纵使在复杂多变的作业环境中也可表现出色，从而稳定高效地完成插秧任务。

3智能控制策略

3.1运动学模型建立

运动学模型的构建至关重要。研究人员需要深入分析插秧机的运动特性，并运用数学方法来精确描述其速度、轨迹及加速度等关键参数。这些参数作为反映插秧机实时运动状态的核心指标，将为智能决策与控制提供重要数据支撑。在建模过程中，还需要全面考虑负载变化、地面条件及插秧机的机械结构等因素，这些因素对插秧机运动性能具有重要影响，因此，需要在运动学模型中得到体现。模型构建完成后，还需对其进行多次验证，以保证其在实际应用中的稳定性与可靠性。通过建立运动学模型，能够更直接、客观分析与优化插秧机的运动性能，为机械电子系统的智能控制提供坚实基础。

3.2控制模型变换与标准形式控制

模型变换在智能控制策略中占据举足轻重的地位，其主要目的是将复杂的运动学模型转换成控制算法更容易处理的形式。为实现该目标，本文采用线性化处理与状态空间表示方法，以有效简化非线性系统的复杂性，并提升系统的可控性与可观测性。同时，控制模型的标准化也是保证系统性能、稳定性及鲁棒性的关键因素。通过标准化处理，能够更便捷、高效地引入状态反馈、观测器等控制策略元素，显著提高系统的稳定性与抗干扰能力。标准化模型的应用一方面显著提升了系统的性能，另一方面能够为机械电子系统的精准、高效控制提供支撑。因此，智能控制策略中合理运用控制模型变换与标准形式非常重要，它们共同构成了机械电子系统设计的基础，也为后续系统优化与改进提供便利与可能。

结束语

智能控制策略的运用显著提升了机械电子系统的性能与效率。通过精确的信息获取、高效的控制策略及执行子系统的协同工作，实现了对机械电子系统的改进与优化。同时，运动学模型的建立进一步提升了系统的适应性与稳定性。通过性能试验分析，验证了智能控制在机械电子系统中的优越性与有效性。未来，伴随智能控制技术的持续发展与创新，机械电子系统将向更高效化、智能化向方向发展，为农业与工业生产现代化带来更大的变革与提升。

参考文献

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