机械电子工程中控制工程的运用

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摘要：随着我国农业生产水平的不断提高和农机一体化进程的不断推进，农业生产对机械电子现代化的要求日益增加，需不断加快创新。从农业应用的角度来看，将控制工程和机械电子工程相互结合，能大幅度提升机械电子设备的工作效率、提高农业经济收入，还对农机一体化的发展起到了积极作用，并作出了巨大贡献。基于此，文章通过介绍控制工程和机械电子工程相关内容，分析了农机一体化下控制工程在机械电子工程中的具体运用，以更好地促进农机一体化发展。

关键词：农机一体化；控制工程；机械电子工程

我国经济的发展与科学技术的进步在某种程度上推进了农业机械一体化发展，改变了控制工程技术和机械电子工程技术的发展趋势。智能一体化、多样化和集成化逐渐成为农业经济发展的主流，这不但提高了农业生产技术的水平，还增加了对控制工程和机械电子工程的技术需求。当前，诸多研究表明，将控制工程应用于机械电子工程中可以大幅度提高机械生产效率，同时也为机械电子工程的创新发展提供更多更好的机会，控制工程和机械电子工程是相互促进，相辅相成的。因此，加快农业机械一体化背景下控制工程在机械电子工程中应用的分析与研究，具有重要的价值和意义。

1农机一体化及相关专业理论概述

1.1农机一体化

随着我国农业现代化建设进程的不断加快，农业机械一体化已经成为农业生产中一种不可避免的趋势。农业机械实现真正的一体化不仅意味着农业的生产工具更加先进，而且与生产水平的提高、生产力发展的增强、社会文明的不断进步和发展都息息相关。因此，农机一体化成了农业现代化技术真正广泛应用和传播的基础和先决条件，其对农业发展的推助作用不容忽视。

1.2控制工程

工程理论与计算机技术的结合产生了控制工程。控制工程主要是通过控制设备数据的输入、输出以及修改数据参数，实现相关机械电子设备的操作和改进。控制工程诞生于18世纪的第一次工业革命，当时的科学家们试图引入一种新的技术原理打破蒸汽机原始发动机的机械运转模式，进而提高蒸汽机的工作效率，这一项技术的原理就是控制工程中的“离心式非锤调速器原理”[1]。后来，随着世界科学技术的发展，越来越多研究人员发现了更加系统、更加科学的控制工程技术。进入21世纪后，信息技术成了一股科技前沿力量，包含控制技术在内的信息通信技术成为一门越来越为人所熟知的基础学科，控制技术中系统的稳定性和结构性等理论思想也因此得到了更广泛的传播和推广。目前，控制工程已经被广泛应用于机械电子工程领域的自动化技术和集成技术中，在不断改进机械电子工程技术的同时，使各类机械设备的生产效率得到大幅度提升，可以说控制工程对世界科学技术的发展贡献巨大。

1.3机械电子工程

传统的机械工业通常是一种技术对应一种实践生产，相关的机械设备较为复杂且操作困难，导致机械生产效率不高且人力、物力资源消耗巨大，而机械电子工程的出现很好地破除了这一发展困境。机械电子工程实际上就是机械工程和电子工程的结合，其可以采用模块化的方式控制系统生产出质量高、性能好的产品，因此其与传统的机械工业技术相比，具有极强的实践性和应用性。机械技术、自动控制技术、传感器检测技术以及电子技术是机械电子工程的四大核心技术，其中，机械技术承担着机械电子设备的载体作用，为整个机械电子设备的操作框架提供支撑，同时也对其他技术操作有直接的影响；自动控制技术是将自动控制理论与机械控制技术相结合的产物，其主要作用是控制机械电子设备运行的过程，并不断改进整体过程，以提高机械设备工作效率；传感器检测技术主要是进行机械设备运行参数和测量值的检测，因此检测数据的准确性直接影响机械电子系统的运行过程；电子技术主要是将电子学原理和产品生产控制要求相结合，根据电子器元件和机械元件制造相应的机械电子工程产品。当前，机械电子工程在我国农业和工业生产中都得到了广泛的应用，其性能也随着生产需求的不断变化而逐步提高。

2农机一体化下控制工程在机械电子工程中的运用

2.1预测控制技术的运用

预测控制技术是控制工程的重要组成部分，预测控制技术与机械电子工程的结合可以在高速液压系统的设计中得以体现。随着我国科技的不断进步以及市场对高速液压机要求的不断提高，设计者不得不引进新技术来增强高速液压机的运转效能，但是这也为高速液压系统的惯性运转带来了很大的麻烦，导致液压系统超调等问题有所增加，直接影响液压高速系统测量精度[2]。预测控制技术的应用则可以直接计算高速液压机运转过程中的数值误差，工作人员可以结合这一数值对高速液压机的运转惯性负载进行预测和调控，再由预测控制器输出正确的运转情况，从而大幅度提升液压机械的运转效率，真正实现机械性能的提高。

2.2智能控制技术的运用

智能控制技术将计算机技术与人工智能技术相结合，实现了机械电子设备的无人化控制操作。其具体的工作原理如下：智能控制系统通过模拟技术向智能机器人传达操作指令，这时的智能机器人就会像人一样进行全方位思考、收集运转数据和设备工作信息、管理各类机械之间的运转关系，进而实现机械电子设备内部操作过程的智能化、无人化控制[3]。农机一体化下的大规模农业生产也因为智能控制技术的应用，实现了质的飞跃。将智能控制技术应用于农业生产中，不仅降低了生产成本、提高了生产效率，还在节约劳动力使用量的同时，进一步优化了农业生产过程的各操作环节。

2.3模糊控制技术的运用

通常情况下，控制系统中影响控制有效性的关键因素是动态模型的准确性，这就需要确保复杂系统中的所有信息更为精准。然而，在控制系统的运行过程中，经常会出现数值变量问题，对系统动态的准确描述以及系统运转的情况了解产生阻碍。相关研究人员为解决这一难题，探索性地将控制技术与模糊数学理论相结合，产生了模糊控制技术。模糊控制技术中的核心配件——模糊控制器可以与其他组件相互配合，完成机械设备数据模糊化、解模糊数据、模糊数据推理、规则库建立等工作。规则库中储存着机械设备模糊数据的所有计算规则，具体工作方式是将在模糊控制装置输入的数据完全变成可识别的模糊量，且每个模糊量都与规则库中的语言数值一一对应，随后将这些模糊量转换为精确的语言数值，并进一步计算推理，最终输出精确无误的机械运行数值，供控制人员参考[4]。模糊控制技术在简化了机械电子设备操作的同时，提高了机械设备的工作效率。

2.4鲁棒控制技术的运用

应用鲁棒控制技术的机械系统不会受外部因素影响而改变相关参数数值，也正是得益于这一优势，鲁棒控制技术在机械控制工作中得到较为广泛的传播推广。以柔性机械臂的生产过程为例，柔性机械臂生产系统因其分数参数系统的特性，非常容易受到外部因素的干扰，导致系统的反向运动存在很大误差，进而使得整个机器柔性臂的生产控制操作极为困难。但鲁棒控制技术的出现让这一问题得到了良好的改善，鲁棒控制技术融合了模态法和奇异摄动理论，将系统分为慢速系统和加速系统，并采用鲁棒控制器调控系统的加速度、滑膜控制器调控系统的减速，这种分级控制方法减少了外部环境对系统运行的干扰，提高了机械设备生产效率的同时，提升了系统工作性能[5]。

2.5神经网络控制技术的运用

神经网络控制技术是一种以生物学理论为基础、以控制工程为操作方式的网络控制技术[6]。神经网络控制技术的工作原理是将系统中各个连接点看作单个的神经元，通过各个节点的互连形成网络结构，并成为一个高度非线性的动态系统，进而通过相对应的操作处理设备传输的信息。例如，在机械电子工程的数控机床中应用神经网络控制技术，可以对数控系统操作过程中的相关数据信息进行函数赋值，并通过向量算法计算得出最终结果，使神经网络控制技术更智能化、高效化地应用于数控机床中。整个操作过程具有高度容错性和高强度工作等优势，大大提高了数字控制技术的处理效率。

3农机一体化下控制工程的未来发展前景

我国的控制工程和机械电子工程的系统性研究与发达国家相比起步较晚，相关的技术研究仍与发达国家存在较大的差距。但随着我国科技实力的不断增强和控制工程研究的逐渐深入，控制工程得到了最大限度的改进，而将控制工程应用于机械电子工程中，也极大地促进了农业机械一体化的发展。在今后，控制工程必须始终坚定不移地走创新发展道路，通过控制技术的优化和使用，改善相关机械设备的运转性能，从而推动机械电子工程朝着多样化、集成化和智能化的前沿方向不断迈进。与此同时，我国绿色农业发展理念深入人心，农机一体化下的农业市场对机械电子工程和控制工程的关注点不再仅集中于生产的经济效益上，而是更多地集中在能否实现经济效益和绿色发展并存方面上。因此，将控制工程应用于机械电子工程时，还应特别注意其生态保护性能，始终坚持绿色发展理念，并真正做到生产技术绿色环保，只有这样才能实现农业生产和环境保护的协调有序发展[7]。

4结束语

综上所述，控制工程在机械电子工程中已经得到了广泛的运用，并取得了不错的成就，其还使机械电子工程朝着更加智能化、多样化以及高水准化的方向不断迈进。农机一体化的大背景下，应该科学分析形势、抓住发展大势，大力助推控制工程在更多更为广泛的领域得到应用，使除农业生产外的各行各业都能得到稳步良好的发展，为我国全面建设社会主义现代化奠定基石。

参考文献：

[1]任琦.农机一体化背景下控制工程在机械电子工程中的运用探析[J].农业开发与装备,2019(4):156.

[2]李娟.多变量模型预测控制技术应用研究[D].昆明:昆明理工大学,2007.

[3]郭恒.智能控制技术在工程机械控制中的应用研究[J].南方农机,2018,49(22):41.

[4]陈艳东,李雪辉.基于智能控制工程在机械电子工程中的应用探讨[J].湖北农机化,2019(21):57.

[5]魏弦.数控磨齿机床热误差鲁棒建模技术及补偿研究[D].西安:西安理工大学,2020.

[6]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.

[7]王强.控制工程在机械电子工程中的应用[J].无线互联科技,2019,16(17):143-144.

作者：蔡志勇 单位：四川轻化工大学