机电一体化控制系统设计方案研究

摘 要：近年来，国家经济和科学技术的高速发展使得机电控制系统自动控制技术得到了更大的推广和普及，在现代工业生产中发挥着举足轻重的作用。本文基于机电控制系统自动控制技术的发展现状，从机电控制系统的含义与控制方法理念着手，重点介绍了现代机电一体化产品的理念和设计思路，讨论了机电控制系统与机电一体化产品设计方法和方案，并提出了一些观点和建议供以参考。

关键词：机电控制系统 机电一体化 设计方案

随着现代技术水平越来越高、生产力也日益提高，机电控制系统的用途已经越来越广泛，成为现代科技水平发展的一个标志性技术。控制系统的自动控制技术在各行业生产中发挥着不可替代作用。根据我国可持续发展的国情和大众需求，在发展机电一体化技术的同时，更重要的应体现出人性化、绿色化、智能化，既满足生产要求又达到了保护环境的目的。

一、一体化设计理念

机电一体化是由日本率先研发提出的，我国从初步探索到现在已经蓬勃发展。作为一个学科、一个专业，它要求设计者们对机电产品进行设计规划时，就把产品当做一个完整的自动控制系统进行分析，把机械、电子、自动控制加入进去以后完成的产品就是一个机电一体化的机电控制系统。为了响应我国可持续发展的国情，在设计的过程中需要对产品进行不断完善和补充修改，最终形成一个能够高效运行并完成任务的系统，同时让该产品具有智能化、模块化网络化、微型化、绿色化和系统人格化等特点，这是我国目前机电一体化产品的设计目标。

二、机电控制系统自动控制技术

在现有的科学技术里，所谓机电控制系统是指在无人控制的情况之下，利用自动控制设备，让生产设备或者机器按照预先编辑好的程序进行动作，还可以利用通讯设备组成一个完整的工作系统，实现特定的任务要求。控制是该系统的最重要组成部分，它运用了计算机信息技术，电力电子、通信等相关领域的技术，各技术之间相互兼容，它的系统是伴随着计算机与软件技术的发展开发而来的，目前已经被广泛应用到航空航天等高端技术领域。机电控制系统不需要工作人员太多的参与，它是按照已经设计完成的方式运行，把控制系统的特定装置连接起来，完成生产任务。

机电控制系统里最主要的组成是控制方面。而从技术层面看，机电控制系统是单片机技术、电力电子技术、电机拖动技术、通信与信息技术等技术的结合体，而且这些技术并非是孤立的，而是这些技术互相结合、互相利用的综合性技术，并将这些技术整合而成，包括自动控制技术、传感器技术、通信与信息技术、伺服变频技术。机电控制系统的发展其实是依靠微机系统的飞速发展，以及相应的软件开发技术配套使用而慢慢发展的。

此外，机电控制系统可以用来生产制造的远程控制，实现异地生产环节的监督控制。技术管理工作人员利用计算机网络在异地进行拨号，控制与被控制的双方经过网络连接来控制计算机，在计算机网络平台上进行远程控制业务。远程控制分为保持型与完成型控制系统：保持型与远程控制是指工作人员对控制的每个环节都给予高度的關注，在必要的时候对其实施干预;完成型是指在系统运行中，人机可以实现互动，因此又被叫做人机互动型控制系统。

机电控制系统的发展趋向于无线远程异地控制，可以使系统操作人员利用以太网络或者其他通信网络连接控制系统，实现本地上位机的计算处理去控制异地的智能机电控制系统。在已经实现的无线远程监控系统中，其中的一种系统是需要操作技术人员不断进行监控运行，且如果系统发生情况，则需要人员及时处置以恢复系统的稳定运行，这样的系统我们称为保持型远程控制。还有一种系统是不需要技术人员实时进行监控操作的，只需要等到该系统运行完成以后，通过网络向技术人员通告，这样的系统我们称为完成型控制系统。如果系统在进行的过程中，技术人员与系统可以实时进行通讯，则技术人员可以监控操作，也可以让系统自动运行，这样的系统我们称为人机交互型控制系统。

三、机电一体化的设计方法

机电一体化的产品设计在设计过程中需要非常高的准确度，机电控制系统的任务实现必须依靠机械和电子的相互协调才可以实现。设计开发的过程要兼顾该产品的成本、准确度、市场的需求等多个因素。

机电一体化的控制系统设计一般需要经过两个过程，开发阶段和产品试运行阶段：开发阶段的任务是达到设计目标，而产品试运行阶段的任务是对产品进行修改，让该产品更加适应和满足客户的需求。对机电一体化的产品设计，我们认为可以采取以下几种方法：

1、利用电子控制代替机械结构控制。如果采用单独的机械结构，则采用的控制方式一般是简单的机械控制结构，如果采用机电一体化产品的设计，则可以使用电子电气控制对简单机械控制进行改进，这样可以改变机械运行过程，还可以实现预期目标。首先可以使用可编程控制器件或者单片机控制器件，将电子控制与机械控制相结合，其次可以使用变速器件替代机械控制中的接触器等老式控制方式，这种设计理念，不但可以整体提高设计产品的性能，而且可以提高该产品的质量，实现机电一体化的设计理念。

2、让电子控制部分与机械控制部分结合。机电一体化产品的设计过程中，非常重要的一步就是改变原先旧的产品设计理念，打造一种全新的设计思路。而实现产品功能的原理性东西没有动，只是采用一个新的方法创造该产品，也就是让电子控制部分与机械控制部分完美结合，两者成为一个不可分割的有机整体。

3、功能模块的整合。如果在设计过程中发现机械控制与电子控制的结合没有实现需要达到的功能，就需要采取别的方法，就是对产品中的各个功能性的模块进行功能性整合，让它们成为一个有机整体，构成一个完整的系统。这样的系统是一个由多种模块构成的大综合系统，从而实现客户或者设计者的预期目标。现在所使用的数控机床就是这种设计方法的一个很好例子，在设计时，购买好供机床装备的电子电器模块，包括伺服模块、电机模块、CNC模块等和各种机械模块装置，再对这些模块进行有机整合，使之成为一个可靠的数控机床机电一体化产品。这样的设计方式不仅节约了设计时间和设计成本，而且方便维修和管理。

结束语

综上所述，机电控制自动化控制技术通过将大量的前沿技术进行了整合实现最优控制，在满足大众需求的同时对于工业产业的可持续良性发展也起着至关重要的作用。在产品设计和开发的基本要求满足的同时将技术的运用转化成着显著的社会和经济效益，将成为未来机电一体化的普遍发展趋势。

参考文献：

[1] 曹武青.机电控制技术现状和发展趋势[J].科技风，2014（18）

[2] 王涛.论机电一体化与我国的经济发展[J].中国经贸导刊，2010（15）

[3] 梁治河.机电控制系统自动控制技术与一体化设计[J].科技风，2011（09）

[4] 张广生.机电控制技术应用问题[J].科技致富向导，2011（09）

作者简介：李鑫洋（1991—），性别男，民族汉，籍贯辽宁辽阳，职称无，学位无，研究方向机电一体化技术，毕业院校：北京信息科技大学。