浅析机电控制系统的自动控制技术与一体化设计

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摘 要：机电控制技术随着时代的发展和科技的进步已经逐渐成为一项综合性技术，需要多项技术相互渗透、交叉来共同完成，其中包括自动控制技术、信息处理技术、伺服传动技术等等。机电一体化的构想使其产品具有智能化、绿色化、人性化等特点，体现了一种进步思想，也对人类社会的发展产生了巨大的推动和促进作用。本文首先对机电控制系统和自动控制技术进行了相关的介绍，帮助认识技术特点和要领；然后描述了机电一体化设计思想，表现该设计的优势；最后讨论了机电一体化产品的三种主要的设计方法，对不同类型的产品进行不同的加工，对机电控制技术的进一步研究和发展有很大的帮助。

关键词：机电控制系统；自动控制技术；一体化设计

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.03.147

随着我国生产力的不断发展和科学水平的提高，自动化控制技术得到广泛的应用，已经成为人类社会发展不可缺少的重要部分。利用自动化生产控制技术，不仅有利于扩大生产规模，而且体现了技术上的先进性，对其进行深入研究和分析意义重大。机电一体化在我国制造业地位显著，具有卓越的创新思维，在产品上的应用也越来越完善。当然，不同类型的产品在进行设计的过程中需要采取不同的方法，根据实际情况选择最合理的方法才能确保产品制作过程的顺利。

1 机电控制系统和自动控制技术的介绍

1.1 机电控制系统

机电控制系统的核心元素是控制，它是指在无人参与和指导下，利用控制装置的作用使机器、设备或生产的过程能够自动按照设计好的方式运行，共同完成指定任务。机电控制通过一套完整的系统把控制器、控制对象和其他部件组合在一起，需要多种技术的共同配合来完成，例如微电子、信息处理、通信、自动控制等技术。所以，机电控制技术是一项综合性技术，主要包括检测传感、自动控制、信息处理、伺服传送这四种技术方式。随着计算机的发展和开发，机电控制系统出现之后便得到大力推广，现已经在生产制造、航空航天等领域被广泛的应用着，占据较为稳定的地位。

机电控制系统主要进行远程控制，管理人员可以通过异地拨号或者网络连接来远程控制异地的计算机，来完成相应的任务或指令。这种控制技术基于网络平台，可以对系统的每一个过程实时监督，保证人机之间可以随时建立联系。

1.2 自动控制技术

自动控制技术是指通过控制器使被控制的对象或过程能够自动按照预定的规律运行的一种技术方式。这一技术的理论基础是自动控制原理，通过协调机械、电器的各部件共同工作来有效完成动作过程，在机电控制系统中扮演着重要的角色。自动控制原理分为经典控制理论和现代控制理论，统称为传统控制理论。第一种理论的研究对象是针对单变量的线性时不变系统，这种理论要借助数学工具拉普拉斯变换，利用函数传递的方法在频率域进行系统分析。经典控制理论也叫自动调节原理，在负反馈闭环系统中，通过自动调节器的反馈作用来控制系统的中心环境。第二种理论的研究对象则是多变量、非线性和时变系统，借助的数学工具为矩阵论、线性代数和集合论等。它的研究内容主要是“四种控制”，分别是最优控制、自适应控制、随机控制和鲁棒控制，利用状态空间的方法在时间域内作系统分析，根据所处的状态或条件来分析下一步会出现的状态，然后用状态方程来描述整个系统过程。这两种理论存在的共同之处就是把被控制对象的精确数学模型作为基础，把控制对象和其他干扰因素都用严格的数学方程和函数来表示。但是随着时代的发展，21世纪的智能化进程更进一步，传统控制理论越来越显得有气无力，而新兴的智能控制系统则完全得心应手，表现出强大的功能和优势。智能控制是多个领域相互交叉的学科，目前发展也只是初步阶段，还需要根据实际情况不断补充和完善才能发挥出更加重要的作用和优势。

在机电控制技术中，自动控制技术非常重要，主要负责提高产品精度、加工效率、设备利用率等问题，技术的关键就是依据现代控制理论，表现出工程化和实用化的特点，优化控制模型，精确边界条件等。不过，任何技术要想在社会快速发展的今天不被淘汰或取代，就必须不断地进行改进和优化，全面适应发展需求。所以，自动控制技术也应该根据实际情况努力实现突破和创新。

2 机电一体化设计思想

根据调查，最早机电一体化是由日本的一家机械整形协会经济研究所提出的，他们设想将电子技术加入机构中的动力功能、主功能等加以控制和管理，实现电子设计、软件设计和接卸装置三者融合成一个统一的整体，非常具有创造性。后来随着社会经济的发展和科技的进步，机电一体化的思想越来越成熟，也逐步发展成一个较为完善的学科。在对产品进行设计工作时，机电一体化要求系统分析设计产品，反复审核，综合结果，不断进行修改和完善，从而达到最理想的效果。作为世界制造业的大国，我国出现并推广机电一体化思想是非常必要的，使产品表现出智能化、人性化、绿色化、微型化等先进理念，具有一定优越性。另外，机电一体化的产品有机融合了微电子技术、机械技术、自动控制技术等，系统的质量和性能都得到了进一步的提高，在特殊功能和任务的完成度上也有了良好的改善。

3 机电一体化产品的设计方法

3.1 整体法

这种方法就是将机械部分与电子部分进行有机整合，也就是

将机械技术与电子技术进行有机整合，从整体上开展设计。机电

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（上接第167页）

一体化的设计，最关键的就是表现出创新性的产品设计理论，打破传统的设计模式，全面提高产品的质量和性能。整体法通过把电子技术和机械技术整合成为一个不可分割的有机整体，实现产品设计上的新颖和独特，也体现了一种创新的思维方式，具有一定的影响和价值。

3.2 取代法

这一设计方法就是用电子线路代替机械控制结构，一般用于电子化产品设计。机械控制结构在完成指定任务的运行过程中形式过于单一，这种情况在机电设计一体化中就得到了改变，也就是利用电子线路来控制机构。我们往往将电子线路控制分步骤进行，首先在控制器或微型计算机上编出相应的程序，用于把电子线路和机械控制结构有机地相结合；然后，开始取代工作，即用电子线路代替原有机械结构，用变速机构、凸轮等代替那些接触式控制器。这样一来，传统的机械结构得到简化，体现出机电一体化的设计思想，而且产品的质量和性能也能得到相应的提高。

3.3 组合法

组合法是功能模块的整合，就是把各种标准功能的模块组合成各个机电一体化系统。当简单的机械与电子的有机整合并不能完成指定任务时，我们往往采取组合法，将各个功能模块进行整合，形成一个一体化的多功能模块的综合系统，然后对系统进行设计来达到预期效果。现在组合法在数控机床上面的应用效果显著、优势明显，拓展了多种使用功能，极大地提高了产品质量。另外，这一设计方法周期短、质量高，还可以节约设备成本，在生产管理、使用和维修上都非常方便，今后也一定会得到进一步的发展和完善。

4 总结

机电控制系统融合多种技术，在人类社会生产生活中发挥着越来越重要的作用。而机电一体化是新时代下的产物，在带来显著的经济效益和社会效益的同时，为机械工业的发展注入新的生命力。关于机电一体化产品的设计方法，虽然目前主要总结出三种，但今后肯定会出现更多的具有创新性的设计理念，在产品的人性化服务和自身质量性能上作出更大的提高和进步。随着未来科学技术和社会经济的不断提高，各种技术呈现相互融合的发展趋势，不同学科相互渗透，因此，机电一体化发展前景一片光明，必将得到更优质的完善并发挥出更大的价值。

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