控制工程在机械电子工程中的应用分析

黄榕

摘 要：将控制工程运用在机械电子工程中，可以实现传统机械工程能量连接向智能化连接形式的全方位转变。因此，要加强对控制工程的运用，发挥控制工程在机械电子工程中的最大价值。在了解行业最新发展趋势的前提条件下，确保技术应用的合理性，进而提高企业在市场中的核心竞争力。基于此，针对控制工程在机械电子工程中的应用展开研究，并提出运用策略，以供同行参考。

关键词：机械电子工程；控制工程；技术运用

中图分类号：TU71                                 文献标识码：A                                  文章编号：2096-6903（2023）06-0054-03

0 引言

将机械工程与电子技术深度融合的研究最早起源于二十世纪。研究初期，机械工程和电子技术是简单的“块与块”之间的关系，或是可以在功能结构上进行相互替代。在计算机技术发展速度日渐加快的当下，机械系统和电子系统可以实现真正的融合，创造出了机械电子工程这一全新的研究领域。再加上人工智能技术在各行各业的全方位渗透，使得机械电子从简单的功能连接、能量连接转变为信息连接，并通过信息化驱动，改善企业的生产效率和生产质量，让企业的机械电子系统逐步走向智能化的发展之路。

1 控制理论及控制工程概述

控制理论最早源自英国的技术革命。在瓦特发明蒸汽机之后，有相关研究学者想要将离心式飞锤调速器的基本控制原理运用在蒸汽机的转动速度管理中，由此开辟了将蒸汽机作为发展动力的研究新篇章。随着电气工程师在机械工程事业上的持续探索和研究，机械工程生产过程中的控制分析系统变得更加科学和系统化。

如今，通讯行业获得了蓬勃发展，其中以大数据控制技术、通信技术和计算机技术为代表，实现了多行业之间的深度融合，成为通讯行业发展的重要基础，逐步成为基础性学科。控制系统的各种理论和方法，包括系统稳定、结构、反馈调节和智能系统等，在机械行业发展过程中获得了全方位的推广。

有研究学者认为，控制理论和控制工程并不是简单的研究型学科，因为控制工程不仅可以运用在科学研究和机械工程中，对于人文学科的发展也有一定的现实意义。目前，控制理论及相关功能已经成为各行各业发展的系统化研究方法。控制工程及相关理论具有一定的普适性，将控制工程用在科学研究中，已经成为行业发展的必然趋势。

控制工程结合了工程理论及计算机技术理论，是对自动化技术进行处理的新兴技术，在机械电子工程中获得了全方位运用。其技术研究重点在于多输入、多输出、改变参数和非线性设计，因此对于优化机械制造行业的发展水平意义重大。而机械电子工程并不是单一的工程学科，多以模块化的方式来完成系统的操作需求，其构造较为简单，可以减少传统机械工程生产过程中的系统占地总面积，改善了电子工程的运转性能[1]。伴随着机械电子工程系统的越发复杂，实现计算机技术之间的有机融合，才可以使机械电子工程领域获得又好又快的高质量发展。

2 控制工程在机械电子工程中的应用价值

2.1 减少不当操作行为

将控制工程运用在机械电子工程中，可以使得操作过程更为便捷，无需复杂的操作技术，避免相关工作人员由于操作复杂度较高，导致操作不当，引起企业生产事故。由于控制工程具备较强的灵活性，可以弥补传统企业电子工程实施过程中存在的各类问题。通过将控制工程运用在机械电子工程中，可以加强对系统运转的动态监控，一旦发现人工操作失误，则会第一时间作出反应。据此制定出针对性的措施予以解决，有利于改善机械电子工程的整体效益与生产质量[2]。

2.2 提高数据精准性

在机械电子工程的运转过程中，受到技术、设备等多方因素的影响，会导致数据信息不够精准，浪费大量的人力、物力，却无法提高企业的经济效益。但是将控制工程运用在机械电子工程中，可以保障数据信息获取得更为全面。利用其中的智能技术收集多方数据信息，实现数据信息的精准归纳，有效避免由于信息收集存在错误缺失以及不准确，导致企业的生产存在偏差，提高了信息的综合利用率。

2.3 增强机械电子工程控制能力

目前我国控制工程的理论研究和实践操作已经逐步上升到了智能化控制层面。将其运用在机械电子工程中，可以将数据信息更为精准地反馈到系统，改善了系统的综合控制能力。

對企业的自动化生产过程进行实时监控，一旦在系统的运行过程中出现电力故障或其他问题，系统就会立即启动保护措施，由此降低了安全事故出现的概率，使得机械设备运转的安全可靠性得到增强[3]。借助程序控制技术，对机械制造的实际情况进行及时调整，弥补传统控制方法存在的滞后性。对于技术较为成熟的机械电子工程来说，可以通过对控制对象进行三维建模，调整其外部参数，自动选择最优化的工作程序，改善企业的生产效率。

3 控制工程在机械电子工程中的应用策略

3.1 集成自动控制技术的应用

目前集成自动控制技术已经被广泛使用在机械电子工程中，是控制工程应用在机械电子工程中的典型代表。集成自动控制技术是将信息技术作为基础条件，具备一定的创新性，对于改善机械电子设备的控制效果，有着非常重要的现实作用。

在设备的实际运转过程中，对设备的运行条件进行全方位信息收集、资源整合，综合信息的实际情况，用科学合理的控制办法，实现对不同设备的全方位集成管控[4]。目前，柔性自动控制已经逐步成为集成自动控制技术的必然发展趋势，通过柔性自动控制办法，可以改善机械设备的综合生产效率。

3.2 神经网络控制系統的应用

神经网络控制系统，主要是指通过构建出类似人脑的网络控制神经系统，它借助不同的神经元来对企业中的机械电子设备进行全方位管控，减少人力资源的投入总量，改善企业的工作效率。通过神经网络控制终端，可以将其内部的所有神经元进行统一控制，并将处理之后的数据信息直接反馈到神经元，神经元经过计算之后，将工作内容分配到不同的机械电子设备。

对于企业生产过程中用到的CNC设备，传统的控制办法主要以手动控制操作为主，无法对数据进行精准识别、有效处理。但是将神经网络控制技术运用在数控设备的控制过程中，有关工作人员只需要对系统操作参数进行调整，便可对整个生产过程进行调节。这不仅可避免由于人工操作失误带来的负面影响，也可以降低安全事故出现的概率。

3.3 预测控制技术的应用

在控制工程中，预测控制技术为其中的重要技术类型。在机械电子工程的运转过程中，用到的单元设备较为丰富，生产过程较为复杂，很容易由于某个单元设备出现故障，导致整个生产线直接崩溃，生产出来的产品质量也无法符合要求。借助电子信息技术和网络技术，对机械电子工程设备的运转状态进行动态分析，并综合分析数据结果，对设备的运转状态进行预测，掌握其未来在运转过程中是否会出现故障问题，以提前介入设备管理，可避免故障，改善设备的运转工作效率[5]。

高速液压机在长时间的运转，会导致其部件出现不同程度的磨损，进而导致其运行速度下降，影响企业的正常生产。通过将预测控制技术应用在其中，可以综合高速液压机的实际状态，构建出三维预测立体模型，进行智能化管控，借助智能系统对其速度和压力进行调节。

3.4 鲁棒控制技术的应用

鲁棒控制技术主要是指在机械电子工程中安装对应控制器，并对控制器性能进行调节，以解决在设备运转过程中存在的各类问题，是我国控制工程中的重要技术之一。工作人员可以通过对控制理论的借鉴，综合企业的实际生产内容，对鲁棒控制器进行设计，实现对企业生产过程目标轨迹操作的精准管理。将鲁棒控制技术应用在机械电子工程设备管理中，可以解决由于外部因素干扰所带来的生产效率下降、生产质量不足等问题。

在设备出现故障、受到外界因素干扰时，控制系统可以通过运用鲁棒控制器保障其正常的运转性能。尤其是将鲁棒控制技术运用在柔性臂轨和滑膜结构的运行管理工作中，可以使得相关设备运转的安全性得到增强，设备使用的稳定性得到全方位改善。

3.5 模糊控制技术的应用

传统机械电子工程设备操作过程中，其操作程序较为复杂，生产效率下降，同时人力资源的大量投入，也难以保证企业的生产效率和生产质量。将模糊控制技术运用在其中，则可以解决这一问题。模糊控制技术主要是综合产品的生产质量标准误差范围，对企业生产线进行设计，以改善机械电子工程的运行效率，进一步降低成本投入。

通过运用计算机网络技术建设三维立体模拟程序，对机器运转过程进行在线模拟，通过立体模型，对机械设备的性能和运转状态进行分析。然后展开模拟操作，若是存在问题，可以第一时间介入。模拟操作既可以简化企业的操作程序，又可以保障企业的生产效率，减少人力和物力资源的投入，符合企业的可持续发展需求，是帮助企业降本增效的核心途径。

4 具体应用

4.1 机械磨削精度

在机械元器件的生产过程中，确保元器件生产的高质量和高精度，是企业生产的终极目标。影响螺纹磨床磨削质量的因素较多，除了生产设备本身性能不足，环境以及磨削掌控力度的影响，也会导致螺纹磨床生产质量难以达标[6]。通过将控制工程中的专家精度控制系统运用在其中，可以针对螺纹磨床生产过程进行动态化管理、智能化补偿控制，并针对有可能会影响螺纹磨床误差的多项因素展开深度分析，及时制定出针对性的管理目标，进一步降低误差的负面影响，使机械磨削精准度得到全方位提升。

4.2 机械加工过程

近年来，机械加工流程变得越来越复杂多样，传统的机械加工过程控制办法已经无法满足新时期企业的发展需求。将控制工程中的模糊控制理论运用在其中，可以将复杂问题简单化、算法使用简易化、编程修改易操作化，弥补传统控制系统存在的不足之处。通过模糊控制机制，可以对测量值和变化率进行设定，尽最大可能达成企业的控制目标。

4.3 柔性机械臂轨迹跟踪

在机械制造行业的生产过程中，柔性机械臂制造为其中的典型自动化控制内容。柔性机械臂主要以分布式参数系统为主，对耦合性提出较高的控制要求。可以通过运用控制工程中的“滑模变结构控制方法”，展开柔性机械臂“慢变控制器”的研发设计，并通过运用鲁棒控制器以及“H∞控制理论”，研发“快变控制器”，在慢变控制器与快变控制器的融合运用下，对柔性机械臂使用过程中的不确定性问题展开管控。利用补偿控制算法，针对其轨迹进行动态跟踪，随时进行补偿控制，可确保其工作控制的精准度更高。

4.4 高速液压机

作为工业生产过程中无法缺少的一类机械设备，液压机在各行各业高速发展的社会背景下，其速度和压力要求变得越来越高。实现液压机的高速度和高压力，已经成为其未来创新发展过程中的必然趋势。在提升压力和速度的过程中，将会对高速液压机的控制范围或控制精度带来一定程度的影响。

因此，为了满足企业的设备使用实际需求，减少设备的负面影响，可以通过运用控制工程中的预测控制技术，在数据信息整合分析的基础条件下，构建预测模型，并对液压机操控系统误差变化规律进行预测、计算，随后在控制器中输入和输出值，减少外界因素对系统带来的负面影响。

4.5 数控机床

数控机床是将控制工程运用在机械电子工程中的主要代表。神经网络控制是利用生物仿生学原理，通过网络神经元彼此之间的紧密连接，形成复杂的网络控制系统，对机床生产过程中的大量数据信息进行规模化处理。其具备一定的人脑自我组织能力和学习能力，从根本上改善系统的自动化控制能力。尤其是数控机床作为机械生产过程中无法缺少的重要自动化设备，将神经网络控制系统用在其中，可以使得机械元器件的切削工作更为精准[7]。

5 结束语

作为工业发展过程中无法缺少的重要存在，控制工程对于机械电子工程的创新发展意义重大。伴随着近些年控制工程理念和技术的越发完善，实现和机械电子工程的融合发展，已经成为行业提高影响力的重要途径。因此需有关技术工作人员了解控制工程在机械电子工程中的使用价值、运用策略以及具体使用领域，发挥出控制工程的最大价值，推动机械电子工程行业走向高质量发展。

参考文献

[1] 彭得士.控制工程在机械电子工程中的应用[J].大众标准化， 2022（8）：175-177.

[2] 付晓云.智能控制工程在机械电子工程中的应用[J].设备管理与维修，2021（10）：76-78.

[3] 张鹏举.农机一体化下控制工程在机械电子工程中的运用[J].南方农机，2021，52（6）：193-194.

[4] 张晨，陈潇铖.智能控制工程在机械电子工程中的应用研究[J].南方农机，2020，51（6）：150.

[5] 边鑫.控制工程在机械电子工程中的应用[J].南方农机，2020， 51（6）：161.

[6] 陈元生.基于智能控制工程在机械电子工程中的应用分析[J].中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2020（4）：133-134.

[7] 熊中刚.浅谈机械电子工程专业中“控制工程基础”课程教学改革[J].教育教学论坛，2020（6）：139-140.