浅谈新型控制策略及其在机械工程中的应用

程莉

【摘 要】随着现代工业企业的发展，现代工业企业的自动化应用也越来越被重视，企业对自动化程度及自动化所达到的目标要求也越来越高。所以，即便工作人员和技术人员的工作在不断的摸索着进行，但只要有技术有一点进步的希望或机械制造上有一点改进的希望技术人员就会加倍努力将其做到最好。本研究将带读者进一步了解一下新型控制策略在机械工程中的应用。

【关键词】控制策略；计算机；新型控制方法

本研究将为读者详尽介绍新型控制策略以及新型控制策略在机械工程中的应用。为读者了解新型控制策略和机械自动化奠定良好的基础。本文会分别对二者各自的特点进行分析，也会就二者之间的关系展开探讨，这样不仅可以使新型控制策略在机械工程中得到更好的应用，也可以使新型控制策略有更宽广的发展空间，使得新型控制策略的应用体系越来越完善，加速机械工程的发展。希望本研究可以对欲在机械工程及相关领域发展的读者有一定的启示。

1 提高控制策略的重要性

传统控制策略针对的对象是精确的、不变化且是线性的，其操作条件和运行环境是确定的、不变的。随着工业应用领域的扩大，控制精度和性能要求的提高，必须考虑控制对象参数乃至结构的变化、非线性的影响、运行环境的改变以及环境干扰等时变和不确定因素，现代工业控制要求达到越来越高的设计目标，并在越来越复杂和不确定的环境下进行控制，人们只有从应用数学、控制理论、工程实践等不同的角度和起点出发，对新型控制方法进行研究，才能得到满意的控制效果。从工程应用角度出发，新型控制策略主要包括：自括应控制、变结构控制、预测控制、鲁棒控制、模糊控制、专家控制、神经网络控制以及遗传算法等。这些控制策略相互之间以及与各咱传统控制策略之间相互渗透、交叉和结合，又形成各式各样的复合控制策略。

2 专家控制在机械控制中的的重要性

专家控制在机械磨削精度控制中的应用在精密丝杠磨削中，为达到高精度的螺距要求，工件的回转运动和轴向运动必须满足严格的同步，才能达到高精度的螺距要求。这种同步运动在普通螺纹磨床上加工丝杠时，一般靠机械传动来实现，而且丝杠螺距精度在磨削过程中还受到环境温度、工件热变形、磨削力以及传动链误差的影响。比较由权威的就是席光辉等根据机械传动链的误差测量、特征计算，设计一个专家精度控制系统，对丝杠磨削过程实现智能补偿控制。其主要设想是实际磨削加工的动态环境下，根据产生的不同误差特征，在系统中找到一条与之相适应的控制规则，通过运用规则得到最补偿控制量，使螺距误差逐渐减小。专家控制方式是尽快纠正偏差，采用开关模式进行控制。专家，顾名思义就是在某个领域中比较有权威的人物，掌握的知识量一定比一般人要多并且精，对技术及方法的改进也有自己独到的见解。若螺距误差的趋势增大，则说明前一次补偿控制量不够，应加大补偿量来减弱增大的趋势，采用比例模式控制。若误差达到某个极值，随后逐渐减小，应减小补偿控制量，只是在原来的保持值基础上增加一个不太大的值，以保持这一输出值直到误差反向为止。此专家系统也可应用于其他类型的机床加工过程中。

3 预测控制的应用

预测控制在高速液压机中的应用高压化、高速化、低能耗、低噪音与智能化问题也已成为不前液压机的技术发展趋势。但是高速化、高压化带来的直接现象就是负载惯性增大，系统超调变大，换言之系统精度将下降。通过建立对象的预测模型，根据采样时刻及在此之前几步系统输出的历史数据，建立系统输出一步预测模型，然后再根据预测输出值计算系统误差变化率的预测值，并由此确定控制器输出，实现“提前控制”。预测控制适合在掌握的数据量较少的情况下应用，并能够精确预测出欲得到的数据。这种方法具有实用性强，计算方法简单的的优点，有很大的发展空间。基于GM（1，1）模型的灰色预测方法，依据对历史数据进行AGO累加生成，建立数据列的预测模型，通过从整体上掌握和预测系统输出数据列的动态规律和发展趋势，地系统输出进行预测。

4 鲁棒控制的应用

鲁棒控制及其在双连杆柔性臂轨迹跟踪中的应用控制系统的鲁棒性是指系统的某种性能或某个指标在某种扰动下保持不变的程度（或对干扰不敏感的程度）。一个控制系统是否具有鲁棒性是它能否可靠地应用于工业现场的关键。柔性机械臂是一个强耦合、非线性、时变的多输入多输出分布参数系统。这类系统的固有特点是其大幅整体运动与小幅弹性振动的耦合，并且具有逆运动学不确定性及多种不确定因素，其动力学行为相当复杂，针对这样一个复杂的控制地象，同时控制连杆的整体运动及由弹性引起的振动是非常困难的。李元春等用基于假设模态法和奇异摄动理论，将系统分为慢变和快变两个子系统。在设计慢变子系统控制器时，考虑了由非线性机械结构引起的结构不确定性，利用滑模变结构控制方法设计了鲁棒控制器，鲁棒控制系统也是判断整个系统是否可靠的关键。

5 神经网络控制的应用

由于切削过程具有随机因素多、时变参数多、非线性程度高特点，难以建立其精确的数学模型，用传统的、基于被控对象精确数学模型的控制方法不能获得良好的控制效果。张英等将神经网络直接用作数控机床智能控制系统的控制器，其设计的直接作用式神经网络控制器，经切深变化实验表明：浅论新型控制策略及其在机械工程中的应用在切深发生突变这种十分不利的情况下，系统的最大超调量也只有30%左右，而且神经网络的初始值是随机发生的，实验结果说明应用神经网络控制使数控机床的加工过程控制系统具有很强的处理未知非线性被控对象的能力，而且控制性能良好，自适应能力强。神经网络控制具有很大的发展前景，这方面的人才也将会受到很大的欢迎。

6 结语

相信读者们读了本研究后一定获得了不少的启示。当然，若想要在机械领域长久的发展还需要自己不断的努力加以学习。俗话说一分辛苦一分收获，所有的成功都不是偶然的，只有在平时下了功夫当机遇来了的时候才能抓住，并一举获得成功。新型控制策略的应用也同样是这个道理，反复琢磨才会掌握的更精确更细致，以便于从小的方面下手进行突破。但愿本研究能够对新型控制策略领域及机械工程方面的学者有所帮助。

【参考文献】

[1]刘玉成，李太福.不确定系统的控制策略及其与现实相关的软件技术[J].西南师范大学学报：自然科学版，2005（03）.

[2]胡旭晓，台宪青，杨克己.进步扫描光刻机同步控制及硅片变形误差补偿技术研究[J].中国机械工程，2004（03）.

[责任编辑：丁艳]