机电控制系统自动控制技术与一体化设计

马荣鸿+李清坤+袁俊川

近年来随着我国科技的不断进步，我国的机电控制技术也在不断发展，已经形成了一种综合性的技术，涉及到信息处理技术、自动控制技术和伺服传动技术等。对于机电控制系统的设计，采用一体化设计的原则，可以实现机电控制系统设计的人性化、智能化和绿色化，对于促进机电控制甚至人类发展都具有重要的作用。本文就机电控制系统自动化控制技术以及一体化设计进行分析。

【关键词】机电控制系统 自动控制技术 一体化设计

由于我国生产技术和生产力的不断发展，生产规模也越来越大，因此自动化控制技术的应用越来越广泛，已经成为人们生活和工作中不可或缺的部分。近年来，随着电工电气制造业、机床电气业以及电子信息产品制造业等行业的发展，人们对机电一体化的关注度越来越高。

1 机电控制系统自动控制技术阐述

1.1 机电控制系统

机电控制系统是指在没有人参与的情况下由机械、设备等按照人们设计好的方式运行实现生产，通过机电控制系统，可以将控制器和控制对象等各种部件组成在一起。在实现机电控制系统的过程中，运用到的技术组要包括信息处理技术、计算机技术、电力电子技术、微电子技术等，此外还会应用传感检测技术、通信技术、过程控制技术好自动化控制技术来实现，并且这种技术并不是单独使用的，在机电控制的过程，需要将这些技术融合在一起形成综合技术，然后才能实现机电控制系统。机电控制系统的出现为工业制造和工业生产带来了很大的便捷，在很多领域和行业都得到了广泛的应用，例如航海航空路英语和生产领域。对于机电控制系统，虽然是设备和仪器的控制过程，但是需要人进行远程控制，管理人员主要通过计算机网络对机电控制的各种仪器和设备进行控制，因此机电控制系统是在网络平台的基础上发展起来的。

1.2 自動控制技术

自动控制技术是一种通过控制器对远程的控制对象进行操作的一种技术方式，自动控制技术的理论基础为自动控制原理，自动控制理论包括现代控制理论和经典控制理论，是由电器部件和机械部件等共同完成的，自动控制技术在自动控制系统中发挥着重要的角色。对于经典控制理论，研究对象是单变量的线性时不变系统，需要借助数学工具拉普拉斯变换，在频率域采用数学函数传递的方法进行系统分析，在负反馈闭环系统中，利用自动调节器，对系统的中心环境进行自动调节。

对于现代控制理论，研究对象主要为非线性、多变量和时变系统，需要借助数学工具中的线性代数、矩阵论和集合论等进行研究，其研究对象主要为自适应控制、最优控制、随机控制和鲁棒控制，在时间域内，采用状态控制的方法进行系统分析，通过对系统现在所处的环境以及状态对其下一步的状态进行预测，然后用状态方程的对整个系统过程进行描述。

2 机电一体化设计方法

对于机电控制系统的一体化设计，常用的设计方法主要包括组合法、取代法和整体法。

2.1 组合法

组合法是通过整合功能模块来实现设计的一种方法，在设计过程中，需要将具有不同功能的标准功能模块组成成机电一体化系统。机电控制系统的一体化是为了实现其功能的多样化，当利用简单的电子或者机械已经不能顺利完成制定的任务时，为了强化系统的功能性，可以将几个不同功能模块进行整合，形成一个具有多功能模块的综合系统，以实现其一体化设计，不同的功能模块通过相互作用对系统进行设计。组合法在机电一体化设计中应用非常广泛，尤其是在数控机床方面应用非常多，能够取得良好的效果，表现出多种优势，使数控机床的功能呈现出多样化特点，有效提高产品质量。此外，采用组合法进行一体化设计，并不需要重新设计，而是将各种功能模块整合在一起，因此一体化设计的周期比较短，设计过程比较简便，应用非常广泛。

2.2 取代法

取代法也是机电一体化设计的常用方法，在电子化产品的一体化设计中应用非常广泛，取代法就是采用电子线路代替机械控制结构的设计方法。机械控制结构是工业生产的重要组成部分，但是采用机械控制结构完成生产任务，运行过程比较单一，因此运行生产的效率低下。而采用电子线路代替及系统控制结构，就能够改变机械控制结构运行单一的缺陷，取得较好的效果。采用电子线路控制，整个过程需要分布进行。首先需要在微型的计算机或者控制器上编码出电子线路的相应程序，这样才能有效将电子线路和机械控制结构结合在一起，然后进行取代工作，接触式控制器也可以采用凸轮和变速结构等代替。通过取代法，不仅能够简化传统机械结构，同时还能够实现一体化设计，不断提升产品的性能和质量。

2.3 整体法

采用整体法设计机电一体化产品，是将电子部分和机械部分有机结合，充分利用电子技术和机械技术，从整体视角对机电一体化产品进行设计。这种基于整体的设计需要花费较大的时间，同时在设备成本上也更大，但是其由于是基于整体的设计，因此能够表现出创新的产品设计理论，和传统设计模式不同，可以全面提升机电一体化产品的性能和质量，体现出了设计过程的创新性。

三种不同设计法的比较见表1。

3 结语

机电控制系统在人们的生产活动中发挥着重要的作用，是一种融合多种技术的综合性技术系统，在新时代下，人们对机电一体化的需求越来越大，机电一体化设计的方法主要有组合法、取代法和整体法，不同设计方法各有优势，可以提高机械产品的性能和质量。

参考文献

[1]黎洪洲.机电控制系统自动控制技术与一体化设计[J].信息系统工程，2013，17（08）：36-37.

[2]李进生.浅析机电控制系统自动控制技术与一体化设计[J].通信电源技术，2013，30（01）：73-74.

[3]潘六寿.浅析机电控制系统自动控制技术与一体化设计[J].黑龙江科技信息，2015，5（01）：59-59.

作者简介

马荣鸿（1995-），男，广西壮族自治区人。现读于重庆大学。

作者单位

重庆大学 重庆市 400044