機(jī)械電子工程中控制工程的運用

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摘要：隨著我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高和農(nóng)機(jī)一體化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對機(jī)械電子現(xiàn)代化的要求日益增加，需不斷加快創(chuàng)新。從農(nóng)業(yè)應(yīng)用的角度來看，將控制工程和機(jī)械電子工程相互結(jié)合，能大幅度提升機(jī)械電子設(shè)備的工作效率、提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)收入，還對農(nóng)機(jī)一體化的發(fā)展起到了積極作用，并作出了巨大貢獻(xiàn)?；诖?，文章通過介紹控制工程和機(jī)械電子工程相關(guān)內(nèi)容，分析了農(nóng)機(jī)一體化下控制工程在機(jī)械電子工程中的具體運用，以更好地促進(jìn)農(nóng)機(jī)一體化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：農(nóng)機(jī)一體化；控制工程；機(jī)械電子工程

我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步在某種程度上推進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械一體化發(fā)展，改變了控制工程技術(shù)和機(jī)械電子工程技術(shù)的發(fā)展趨勢。智能一體化、多樣化和集成化逐漸成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主流，這不但提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的水平，還增加了對控制工程和機(jī)械電子工程的技術(shù)需求。當(dāng)前，諸多研究表明，將控制工程應(yīng)用于機(jī)械電子工程中可以大幅度提高機(jī)械生產(chǎn)效率，同時也為機(jī)械電子工程的創(chuàng)新發(fā)展提供更多更好的機(jī)會，控制工程和機(jī)械電子工程是相互促進(jìn)，相輔相成的。因此，加快農(nóng)業(yè)機(jī)械一體化背景下控制工程在機(jī)械電子工程中應(yīng)用的分析與研究，具有重要的價值和意義。

1農(nóng)機(jī)一體化及相關(guān)專業(yè)理論概述

1.1農(nóng)機(jī)一體化

隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，農(nóng)業(yè)機(jī)械一體化已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一種不可避免的趨勢。農(nóng)業(yè)機(jī)械實現(xiàn)真正的一體化不僅意味著農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)工具更加先進(jìn)，而且與生產(chǎn)水平的提高、生產(chǎn)力發(fā)展的增強(qiáng)、社會文明的不斷進(jìn)步和發(fā)展都息息相關(guān)。因此，農(nóng)機(jī)一體化成了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)真正廣泛應(yīng)用和傳播的基礎(chǔ)和先決條件，其對農(nóng)業(yè)發(fā)展的推助作用不容忽視。

1.2控制工程

工程理論與計算機(jī)技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)生了控制工程。控制工程主要是通過控制設(shè)備數(shù)據(jù)的輸入、輸出以及修改數(shù)據(jù)參數(shù)，實現(xiàn)相關(guān)機(jī)械電子設(shè)備的操作和改進(jìn)?？刂乒こ陶Q生于18世紀(jì)的第一次工業(yè)革命，當(dāng)時的科學(xué)家們試圖引入一種新的技術(shù)原理打破蒸汽機(jī)原始發(fā)動機(jī)的機(jī)械運轉(zhuǎn)模式，進(jìn)而提高蒸汽機(jī)的工作效率，這一項技術(shù)的原理就是控制工程中的“離心式非錘調(diào)速器原理”[1]。后來，隨著世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多研究人員發(fā)現(xiàn)了更加系統(tǒng)、更加科學(xué)的控制工程技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)后，信息技術(shù)成了一股科技前沿力量，包含控制技術(shù)在內(nèi)的信息通信技術(shù)成為一門越來越為人所熟知的基礎(chǔ)學(xué)科，控制技術(shù)中系統(tǒng)的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)性等理論思想也因此得到了更廣泛的傳播和推廣。目前，控制工程已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于機(jī)械電子工程領(lǐng)域的自動化技術(shù)和集成技術(shù)中，在不斷改進(jìn)機(jī)械電子工程技術(shù)的同時，使各類機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)效率得到大幅度提升，可以說控制工程對世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)巨大。

1.3機(jī)械電子工程

傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)通常是一種技術(shù)對應(yīng)一種實踐生產(chǎn)，相關(guān)的機(jī)械設(shè)備較為復(fù)雜且操作困難，導(dǎo)致機(jī)械生產(chǎn)效率不高且人力、物力資源消耗巨大，而機(jī)械電子工程的出現(xiàn)很好地破除了這一發(fā)展困境。機(jī)械電子工程實際上就是機(jī)械工程和電子工程的結(jié)合，其可以采用模塊化的方式控制系統(tǒng)生產(chǎn)出質(zhì)量高、性能好的產(chǎn)品，因此其與傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)技術(shù)相比，具有極強(qiáng)的實踐性和應(yīng)用性。機(jī)械技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)以及電子技術(shù)是機(jī)械電子工程的四大核心技術(shù)，其中，機(jī)械技術(shù)承擔(dān)著機(jī)械電子設(shè)備的載體作用，為整個機(jī)械電子設(shè)備的操作框架提供支撐，同時也對其他技術(shù)操作有直接的影響；自動控制技術(shù)是將自動控制理論與機(jī)械控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其主要作用是控制機(jī)械電子設(shè)備運行的過程，并不斷改進(jìn)整體過程，以提高機(jī)械設(shè)備工作效率；傳感器檢測技術(shù)主要是進(jìn)行機(jī)械設(shè)備運行參數(shù)和測量值的檢測，因此檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響機(jī)械電子系統(tǒng)的運行過程；電子技術(shù)主要是將電子學(xué)原理和產(chǎn)品生產(chǎn)控制要求相結(jié)合，根據(jù)電子器元件和機(jī)械元件制造相應(yīng)的機(jī)械電子工程產(chǎn)品。當(dāng)前，機(jī)械電子工程在我國農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)中都得到了廣泛的應(yīng)用，其性能也隨著生產(chǎn)需求的不斷變化而逐步提高。

2農(nóng)機(jī)一體化下控制工程在機(jī)械電子工程中的運用

2.1預(yù)測控制技術(shù)的運用

預(yù)測控制技術(shù)是控制工程的重要組成部分，預(yù)測控制技術(shù)與機(jī)械電子工程的結(jié)合可以在高速液壓系統(tǒng)的設(shè)計中得以體現(xiàn)。隨著我國科技的不斷進(jìn)步以及市場對高速液壓機(jī)要求的不斷提高，設(shè)計者不得不引進(jìn)新技術(shù)來增強(qiáng)高速液壓機(jī)的運轉(zhuǎn)效能，但是這也為高速液壓系統(tǒng)的慣性運轉(zhuǎn)帶來了很大的麻煩，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)超調(diào)等問題有所增加，直接影響液壓高速系統(tǒng)測量精度[2]。預(yù)測控制技術(shù)的應(yīng)用則可以直接計算高速液壓機(jī)運轉(zhuǎn)過程中的數(shù)值誤差，工作人員可以結(jié)合這一數(shù)值對高速液壓機(jī)的運轉(zhuǎn)慣性負(fù)載進(jìn)行預(yù)測和調(diào)控，再由預(yù)測控制器輸出正確的運轉(zhuǎn)情況，從而大幅度提升液壓機(jī)械的運轉(zhuǎn)效率，真正實現(xiàn)機(jī)械性能的提高。

2.2智能控制技術(shù)的運用

智能控制技術(shù)將計算機(jī)技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了機(jī)械電子設(shè)備的無人化控制操作。其具體的工作原理如下：智能控制系統(tǒng)通過模擬技術(shù)向智能機(jī)器人傳達(dá)操作指令，這時的智能機(jī)器人就會像人一樣進(jìn)行全方位思考、收集運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備工作信息、管理各類機(jī)械之間的運轉(zhuǎn)關(guān)系，進(jìn)而實現(xiàn)機(jī)械電子設(shè)備內(nèi)部操作過程的智能化、無人化控制[3]。農(nóng)機(jī)一體化下的大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也因為智能控制技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。將智能控制技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，不僅降低了生產(chǎn)成本、提高了生產(chǎn)效率，還在節(jié)約勞動力使用量的同時，進(jìn)一步優(yōu)化了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的各操作環(huán)節(jié)。

2.3模糊控制技術(shù)的運用

通常情況下，控制系統(tǒng)中影響控制有效性的關(guān)鍵因素是動態(tài)模型的準(zhǔn)確性，這就需要確保復(fù)雜系統(tǒng)中的所有信息更為精準(zhǔn)。然而，在控制系統(tǒng)的運行過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)數(shù)值變量問題，對系統(tǒng)動態(tài)的準(zhǔn)確描述以及系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的情況了解產(chǎn)生阻礙。相關(guān)研究人員為解決這一難題，探索性地將控制技術(shù)與模糊數(shù)學(xué)理論相結(jié)合，產(chǎn)生了模糊控制技術(shù)。模糊控制技術(shù)中的核心配件——模糊控制器可以與其他組件相互配合，完成機(jī)械設(shè)備數(shù)據(jù)模糊化、解模糊數(shù)據(jù)、模糊數(shù)據(jù)推理、規(guī)則庫建立等工作。規(guī)則庫中儲存著機(jī)械設(shè)備模糊數(shù)據(jù)的所有計算規(guī)則，具體工作方式是將在模糊控制裝置輸入的數(shù)據(jù)完全變成可識別的模糊量，且每個模糊量都與規(guī)則庫中的語言數(shù)值一一對應(yīng)，隨后將這些模糊量轉(zhuǎn)換為精確的語言數(shù)值，并進(jìn)一步計算推理，最終輸出精確無誤的機(jī)械運行數(shù)值，供控制人員參考[4]。模糊控制技術(shù)在簡化了機(jī)械電子設(shè)備操作的同時，提高了機(jī)械設(shè)備的工作效率。

2.4魯棒控制技術(shù)的運用

應(yīng)用魯棒控制技術(shù)的機(jī)械系統(tǒng)不會受外部因素影響而改變相關(guān)參數(shù)數(shù)值，也正是得益于這一優(yōu)勢，魯棒控制技術(shù)在機(jī)械控制工作中得到較為廣泛的傳播推廣。以柔性機(jī)械臂的生產(chǎn)過程為例，柔性機(jī)械臂生產(chǎn)系統(tǒng)因其分?jǐn)?shù)參數(shù)系統(tǒng)的特性，非常容易受到外部因素的干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)的反向運動存在很大誤差，進(jìn)而使得整個機(jī)器柔性臂的生產(chǎn)控制操作極為困難。但魯棒控制技術(shù)的出現(xiàn)讓這一問題得到了良好的改善，魯棒控制技術(shù)融合了模態(tài)法和奇異攝動理論，將系統(tǒng)分為慢速系統(tǒng)和加速系統(tǒng)，并采用魯棒控制器調(diào)控系統(tǒng)的加速度、滑膜控制器調(diào)控系統(tǒng)的減速，這種分級控制方法減少了外部環(huán)境對系統(tǒng)運行的干擾，提高了機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)效率的同時，提升了系統(tǒng)工作性能[5]。

2.5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的運用

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是一種以生物學(xué)理論為基礎(chǔ)、以控制工程為操作方式的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)[6]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的工作原理是將系統(tǒng)中各個連接點看作單個的神經(jīng)元，通過各個節(jié)點的互連形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并成為一個高度非線性的動態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)而通過相對應(yīng)的操作處理設(shè)備傳輸?shù)男畔?。例如，在機(jī)械電子工程的數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，可以對數(shù)控系統(tǒng)操作過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行函數(shù)賦值，并通過向量算法計算得出最終結(jié)果，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)更智能化、高效化地應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中。整個操作過程具有高度容錯性和高強(qiáng)度工作等優(yōu)勢，大大提高了數(shù)字控制技術(shù)的處理效率。

3農(nóng)機(jī)一體化下控制工程的未來發(fā)展前景

我國的控制工程和機(jī)械電子工程的系統(tǒng)性研究與發(fā)達(dá)國家相比起步較晚，相關(guān)的技術(shù)研究仍與發(fā)達(dá)國家存在較大的差距。但隨著我國科技實力的不斷增強(qiáng)和控制工程研究的逐漸深入，控制工程得到了最大限度的改進(jìn)，而將控制工程應(yīng)用于機(jī)械電子工程中，也極大地促進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械一體化的發(fā)展。在今后，控制工程必須始終堅定不移地走創(chuàng)新發(fā)展道路，通過控制技術(shù)的優(yōu)化和使用，改善相關(guān)機(jī)械設(shè)備的運轉(zhuǎn)性能，從而推動機(jī)械電子工程朝著多樣化、集成化和智能化的前沿方向不斷邁進(jìn)。與此同時，我國綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展理念深入人心，農(nóng)機(jī)一體化下的農(nóng)業(yè)市場對機(jī)械電子工程和控制工程的關(guān)注點不再僅集中于生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益上，而是更多地集中在能否實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和綠色發(fā)展并存方面上。因此，將控制工程應(yīng)用于機(jī)械電子工程時，還應(yīng)特別注意其生態(tài)保護(hù)性能，始終堅持綠色發(fā)展理念，并真正做到生產(chǎn)技術(shù)綠色環(huán)保，只有這樣才能實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)有序發(fā)展[7]。

4結(jié)束語

綜上所述，控制工程在機(jī)械電子工程中已經(jīng)得到了廣泛的運用，并取得了不錯的成就，其還使機(jī)械電子工程朝著更加智能化、多樣化以及高水準(zhǔn)化的方向不斷邁進(jìn)。農(nóng)機(jī)一體化的大背景下，應(yīng)該科學(xué)分析形勢、抓住發(fā)展大勢，大力助推控制工程在更多更為廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用，使除農(nóng)業(yè)生產(chǎn)外的各行各業(yè)都能得到穩(wěn)步良好的發(fā)展，為我國全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化奠定基石。

參考文獻(xiàn)：

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[4]陳艷東,李雪輝.基于智能控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用探討[J].湖北農(nóng)機(jī)化,2019(21):57.

[5]魏弦.數(shù)控磨齒機(jī)床熱誤差魯棒建模技術(shù)及補償研究[D].西安:西安理工大學(xué),2020.

[6]邊鑫.控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī),2020,51(6):161.

[7]王強(qiáng).控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用[J].無線互聯(lián)科技,2019,16(17):143-144.

作者：蔡志勇 單位：四川輕化工大學(xué)