机械工程控制论的应用之我见

孙嫔

摘 要：控制论诞生于20世纪，它影响并推动着多个领域的发展。例如航天航空、自动控制、经济管理等等。在控制论日渐的今天，很多术语可以在日常中见到，但是人们却并不清楚它的渊源。那么在机械工程中，控制论占据多么重要的地位呢？

关键词：机械工程；控制论；应用

1 什么是机械工程控制论

控制论最开始是在二战中，为了可以制造出准确并且快速的计算飞机与炮弹相遇时飞机的准确位置，为了使受人力操控的武器装备形成一个比较完善、统一的控制体系，而诞生的主要关于人和机器器械的问题的理论。控制论典型是集百家之长，它的形成是研究者们使用不同领域内的知识融合研究所得出的新理论。所以它自身不隶属于任何一个学科，它是一个单独的、全新的研究领域。

控制论中，系统在受到外界环境影响之下的反应被称为行为。系统在有行为的情况之下才会保持或达到既定的目标。而这里的行为就是指输入和输出。当我们不能研究出它最本源的组成部分或构架的时候，我们可以对其整体的外部表现进行研究。所以人和机器器械的研究方面有着共同规律。我们都可以对他们进行外部的研究。

控制论在很多领域中都有所应用，而且控制论的影响之大，曾被法国数学家、物理学家安培称为管理国家的学科。所以机械工程控制论，顾名思义，就是指控制论在机械工程领域当中的发展和使用。人和机器的互相作用是原有机械工程领域中制造技术的代表。当人们意识到有某种需求的时候，就会通过自身的行动力，利用机械机器进行制造和加工。随着机械工程各方面的进步，机械制造和加工也会因为跟不上器械发展的脚步而出现一系列的问题。因此，认为在实践的过程当中也发现问题，积累着经验。主要是关于机械设备与机械加工配合的问题。但是在发展初期，很多问题是没有被重视，或者是不能解决的。也许是因为人们的需求不够所以不至于暴露出缺点。也许是因为很随机的因素，让一些问题的解决停滞下来。所以机械工程发展的开端并不能解决一些存在的问题，甚至是不能发现存在的问题。但是在逐步发展的过程中，因为机床機构与刀具材料的升级，机械生产的效率也大大提高，质量也得到了保障，数量也在控制之内。一些因为人工操作而导致的问题被电子技术、电气技术等技术代替之后迎刃而解。

2 控制论的基本方法

在控制论中，外界环境对系统的作用下所给予的回应叫做行为。系统必须通过有所行为而达成一个既定的高度。简单的来讲，系统的行为是指输入和输出。当外界对一个个体有作用时，个体会给出一定的反应，就是一系列的行为。很多种情况之下，我们是不能具体研究出系统的各个组成部分的，但是我们可以对系统进行整体的研究。这是一种转变研究位置的方式，但是所达成的目的是一致的。

控制论应用于衍生和派生。是一种类比方式，将后生事物与原生事物作比较，所以控制论也将模型比作一个系统，从而将这个系统与所研究的系统进行对比、研究。两个系统一定是有相似之处的，但是他们也有对方没有的优点，模型一些优点是否可以取代原型的优点，从而进行升级优化。如果只有模型，缺乏原型，研究者为了得出原型而去研究模型。控制论在大量的研究当中使用模拟实践，它的特点在于功能模拟。也就是使用模型来功能模拟原型的功能。它们之间的联系就是模拟和被模拟的功能行为。例如计算机和人类大脑一些功能是相似的，但是二者的构造完全不同。所以控制论就是结合了黑箱方法、类比法以及功能模拟法。

3 控制论在机械研究中能研究并解决的问题

机械工程控制论主要是在机械工程这个大环境之中，控制论所发挥作用。也是指研究机械工程领域中宏观的动力学问题。其中包括上文涉及到的系统、输入和输出的问题。

控制一个机械系统并不是像说出来的那么简单，它需要通过系统具体的动态特征的研究，内部信息传递的具体规律和在外力环境作用之下的回应反应。我们最后的目标就是通过寻找系统的规律，再让它按照我们所想要让其按照的规律运动，或是制定计划和目标，精准的控查机械生产的过程，从而达到之前制定的计划目标。

机械工程中存在的问题，不仅仅是指对外加工的问题，它的问题也可能出现在自身。机械的噪声振动，加工质量以及其精度和加工的时间长短等问题，我们通过控制论可以发现导致这些问题的最本质的原因。发现问题之后，可以利用控制论的一系列理论来解决问题。

控制论作为科技前沿的衍生品，它解决了很多之前不能解决的问题。例如使用控制论研究出关于钢筋加热幅的控制问题。控制论也被引用到机床设计。所以，控制论在各个领域中所发挥的作用是不可限量的。

控制论的新，就在于它是以整体为出发点的，联系到整体，且是动态的，在这样的特点之下，我们可以寻找出很多规律从而进行研究。

4 机械工程中控制论的作用

首先我们介绍的是切削振动中的强迫振动。振动系统在周期性的外力作用下，其所发生的振动为受迫振动。在这个周期当中，我们将其外力叫做驱动力。所以，强迫振动是在受到外力连续的作用下所发生的振动。如果我们想避免强迫振动，可以从根源上解决，就是去除振源，但是如果可以改变我们受力的系统所传递的函数，可以更加可靠的解决这一问题。从而减小振幅或者去除振动。其次是自激振动，自激振动又称为负阻尼振动。自激振动，顾名思义，是来自于自身的振动而非受到了外界的作用力。振动自身运动产生的阻尼使得振动更加剧烈。它带有低频谐波。其稳定在控制之内的切削力范围之内，但是在控制之外则反之。所以，控制理论就可以分析反馈环节中的问题，从而解决问题，减小自激振动的不良影响。可以说，机械工作可以被视为宏观的动力运动。在切削当中，各个方面的发展都会带动其他方面的发展，但是发展之初则是问题重重，解决了问题才会有彻底的发展。例如热变形的规律是怎样的？切削加工的质量和精度如何被提高？切削振动该怎么避免等问题都会得到解决。

5 结束语

控制论在机械工程中的作用，毫无疑问是巨大的。控制论被应用于机械工程中的时间很短，但是努力灵活使用控制论的方式，结合机械工程中常见的问题，并加以解决，相信可以得出更多有价值的解决新问题的答案和方式。

参考文献

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