機械電子工程中控制工程的運用

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摘要：隨著我國農業生產水平的不斷提高和農機一體化進程的不斷推進，農業生產對機械電子現代化的要求日益增加，需不斷加快創新。從農業應用的角度來看，將控制工程和機械電子工程相互結合，能大幅度提升機械電子設備的工作效率、提高農業經濟收入，還對農機一體化的發展起到了積極作用，并作出了巨大貢獻?；诖耍恼峦ㄟ^介紹控制工程和機械電子工程相關內容，分析了農機一體化下控制工程在機械電子工程中的具體運用，以更好地促進農機一體化發展。

關鍵詞：農機一體化；控制工程；機械電子工程

我國經濟的發展與科學技術的進步在某種程度上推進了農業機械一體化發展，改變了控制工程技術和機械電子工程技術的發展趨勢。智能一體化、多樣化和集成化逐漸成為農業經濟發展的主流，這不但提高了農業生產技術的水平，還增加了對控制工程和機械電子工程的技術需求。當前，諸多研究表明，將控制工程應用于機械電子工程中可以大幅度提高機械生產效率，同時也為機械電子工程的創新發展提供更多更好的機會，控制工程和機械電子工程是相互促進，相輔相成的。因此，加快農業機械一體化背景下控制工程在機械電子工程中應用的分析與研究，具有重要的價值和意義。

1農機一體化及相關專業理論概述

1.1農機一體化

隨著我國農業現代化建設進程的不斷加快，農業機械一體化已經成為農業生產中一種不可避免的趨勢。農業機械實現真正的一體化不僅意味著農業的生產工具更加先進，而且與生產水平的提高、生產力發展的增強、社會文明的不斷進步和發展都息息相關。因此，農機一體化成了農業現代化技術真正廣泛應用和傳播的基礎和先決條件，其對農業發展的推助作用不容忽視。

1.2控制工程

工程理論與計算機技術的結合產生了控制工程?？刂乒こ讨饕峭ㄟ^控制設備數據的輸入、輸出以及修改數據參數，實現相關機械電子設備的操作和改進。控制工程誕生于18世紀的第一次工業革命，當時的科學家們試圖引入一種新的技術原理打破蒸汽機原始發動機的機械運轉模式，進而提高蒸汽機的工作效率，這一項技術的原理就是控制工程中的“離心式非錘調速器原理”[1]。后來，隨著世界科學技術的發展，越來越多研究人員發現了更加系統、更加科學的控制工程技術。進入21世紀后，信息技術成了一股科技前沿力量，包含控制技術在內的信息通信技術成為一門越來越為人所熟知的基礎學科，控制技術中系統的穩定性和結構性等理論思想也因此得到了更廣泛的傳播和推廣。目前，控制工程已經被廣泛應用于機械電子工程領域的自動化技術和集成技術中，在不斷改進機械電子工程技術的同時，使各類機械設備的生產效率得到大幅度提升，可以說控制工程對世界科學技術的發展貢獻巨大。

1.3機械電子工程

傳統的機械工業通常是一種技術對應一種實踐生產，相關的機械設備較為復雜且操作困難，導致機械生產效率不高且人力、物力資源消耗巨大，而機械電子工程的出現很好地破除了這一發展困境。機械電子工程實際上就是機械工程和電子工程的結合，其可以采用模塊化的方式控制系統生產出質量高、性能好的產品，因此其與傳統的機械工業技術相比，具有極強的實踐性和應用性。機械技術、自動控制技術、傳感器檢測技術以及電子技術是機械電子工程的四大核心技術，其中，機械技術承擔著機械電子設備的載體作用，為整個機械電子設備的操作框架提供支撐，同時也對其他技術操作有直接的影響；自動控制技術是將自動控制理論與機械控制技術相結合的產物，其主要作用是控制機械電子設備運行的過程，并不斷改進整體過程，以提高機械設備工作效率；傳感器檢測技術主要是進行機械設備運行參數和測量值的檢測，因此檢測數據的準確性直接影響機械電子系統的運行過程；電子技術主要是將電子學原理和產品生產控制要求相結合，根據電子器元件和機械元件制造相應的機械電子工程產品。當前，機械電子工程在我國農業和工業生產中都得到了廣泛的應用，其性能也隨著生產需求的不斷變化而逐步提高。

2農機一體化下控制工程在機械電子工程中的運用

2.1預測控制技術的運用

預測控制技術是控制工程的重要組成部分，預測控制技術與機械電子工程的結合可以在高速液壓系統的設計中得以體現。隨著我國科技的不斷進步以及市場對高速液壓機要求的不斷提高，設計者不得不引進新技術來增強高速液壓機的運轉效能，但是這也為高速液壓系統的慣性運轉帶來了很大的麻煩，導致液壓系統超調等問題有所增加，直接影響液壓高速系統測量精度[2]。預測控制技術的應用則可以直接計算高速液壓機運轉過程中的數值誤差，工作人員可以結合這一數值對高速液壓機的運轉慣性負載進行預測和調控，再由預測控制器輸出正確的運轉情況，從而大幅度提升液壓機械的運轉效率，真正實現機械性能的提高。

2.2智能控制技術的運用

智能控制技術將計算機技術與人工智能技術相結合，實現了機械電子設備的無人化控制操作。其具體的工作原理如下：智能控制系統通過模擬技術向智能機器人傳達操作指令，這時的智能機器人就會像人一樣進行全方位思考、收集運轉數據和設備工作信息、管理各類機械之間的運轉關系，進而實現機械電子設備內部操作過程的智能化、無人化控制[3]。農機一體化下的大規模農業生產也因為智能控制技術的應用，實現了質的飛躍。將智能控制技術應用于農業生產中，不僅降低了生產成本、提高了生產效率，還在節約勞動力使用量的同時，進一步優化了農業生產過程的各操作環節。

2.3模糊控制技術的運用

通常情況下，控制系統中影響控制有效性的關鍵因素是動態模型的準確性，這就需要確保復雜系統中的所有信息更為精準。然而，在控制系統的運行過程中，經常會出現數值變量問題，對系統動態的準確描述以及系統運轉的情況了解產生阻礙。相關研究人員為解決這一難題，探索性地將控制技術與模糊數學理論相結合，產生了模糊控制技術。模糊控制技術中的核心配件——模糊控制器可以與其他組件相互配合，完成機械設備數據模糊化、解模糊數據、模糊數據推理、規則庫建立等工作。規則庫中儲存著機械設備模糊數據的所有計算規則，具體工作方式是將在模糊控制裝置輸入的數據完全變成可識別的模糊量，且每個模糊量都與規則庫中的語言數值一一對應，隨后將這些模糊量轉換為精確的語言數值，并進一步計算推理，最終輸出精確無誤的機械運行數值，供控制人員參考[4]。模糊控制技術在簡化了機械電子設備操作的同時，提高了機械設備的工作效率。

2.4魯棒控制技術的運用

應用魯棒控制技術的機械系統不會受外部因素影響而改變相關參數數值，也正是得益于這一優勢，魯棒控制技術在機械控制工作中得到較為廣泛的傳播推廣。以柔性機械臂的生產過程為例，柔性機械臂生產系統因其分數參數系統的特性，非常容易受到外部因素的干擾，導致系統的反向運動存在很大誤差，進而使得整個機器柔性臂的生產控制操作極為困難。但魯棒控制技術的出現讓這一問題得到了良好的改善，魯棒控制技術融合了模態法和奇異攝動理論，將系統分為慢速系統和加速系統，并采用魯棒控制器調控系統的加速度、滑膜控制器調控系統的減速，這種分級控制方法減少了外部環境對系統運行的干擾，提高了機械設備生產效率的同時，提升了系統工作性能[5]。

2.5神經網絡控制技術的運用

神經網絡控制技術是一種以生物學理論為基礎、以控制工程為操作方式的網絡控制技術[6]。神經網絡控制技術的工作原理是將系統中各個連接點看作單個的神經元，通過各個節點的互連形成網絡結構，并成為一個高度非線性的動態系統，進而通過相對應的操作處理設備傳輸的信息。例如，在機械電子工程的數控機床中應用神經網絡控制技術，可以對數控系統操作過程中的相關數據信息進行函數賦值，并通過向量算法計算得出最終結果，使神經網絡控制技術更智能化、高效化地應用于數控機床中。整個操作過程具有高度容錯性和高強度工作等優勢，大大提高了數字控制技術的處理效率。

3農機一體化下控制工程的未來發展前景

我國的控制工程和機械電子工程的系統性研究與發達國家相比起步較晚，相關的技術研究仍與發達國家存在較大的差距。但隨著我國科技實力的不斷增強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，而將控制工程應用于機械電子工程中，也極大地促進了農業機械一體化的發展。在今后，控制工程必須始終堅定不移地走創新發展道路，通過控制技術的優化和使用，改善相關機械設備的運轉性能，從而推動機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。與此同時，我國綠色農業發展理念深入人心，農機一體化下的農業市場對機械電子工程和控制工程的關注點不再僅集中于生產的經濟效益上，而是更多地集中在能否實現經濟效益和綠色發展并存方面上。因此，將控制工程應用于機械電子工程時，還應特別注意其生態保護性能，始終堅持綠色發展理念，并真正做到生產技術綠色環保，只有這樣才能實現農業生產和環境保護的協調有序發展[7]。

4結束語

綜上所述，控制工程在機械電子工程中已經得到了廣泛的運用，并取得了不錯的成就，其還使機械電子工程朝著更加智能化、多樣化以及高水準化的方向不斷邁進。農機一體化的大背景下，應該科學分析形勢、抓住發展大勢，大力助推控制工程在更多更為廣泛的領域得到應用，使除農業生產外的各行各業都能得到穩步良好的發展，為我國全面建設社會主義現代化奠定基石。

參考文獻：

[1]任琦.農機一體化背景下控制工程在機械電子工程中的運用探析[J].農業開發與裝備,2019(4):156.

[2]李娟.多變量模型預測控制技術應用研究[D].昆明:昆明理工大學,2007.

[3]郭恒.智能控制技術在工程機械控制中的應用研究[J].南方農機,2018,49(22):41.

[4]陳艷東,李雪輝.基于智能控制工程在機械電子工程中的應用探討[J].湖北農機化,2019(21):57.

[5]魏弦.數控磨齒機床熱誤差魯棒建模技術及補償研究[D].西安:西安理工大學,2020.

[6]邊鑫.控制工程在機械電子工程中的應用[J].南方農機,2020,51(6):161.

[7]王強.控制工程在機械電子工程中的應用[J].無線互聯科技,2019,16(17):143-144.

作者：蔡志勇 單位：四川輕化工大學