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

马云红　魏铭

摘 要：近年来，随着我国科技水平的不断提高，农机一体化速度不断加快，也正因如此，机械电子工程对控制工程技术的需求也随之加大，要求也不断提升，但总体看来，控制工程对机械电子工程的发展产生了积极的促进作用。本文主要从阐述控制工程与机械电子工程的相关理论出发，介绍了控制工程在机械电子工程中常用的几种技术，分析了控制工程在机械电子工程应用中的发展前景。

关键词：控制工程;机械电子;运用

中图分类号：S23

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190715021

社会经济的发展与科技的进步，使得我国机械电子工程技术得到了一定程度的完善，且呈现出集成化、智能化、多元化的发展趋势，而这也增加了机械电子工程的技术需求量。当前，众多研究人员试图通过研究发现，控制工程能够为机械电子工程的发展提供技术支持，而机械电子工程的发展也为电子工程的创新提供了更多的可能，所以两者相辅相成，通过协调合作，能够实现互相促进。特别是在农机一体化的大背景下，探究控制工程在机械电子工程中的应用具有重要的意义与价值。

1 控制工程与机械电子工程的理论概述

1.1 控制工程

控制工程是工程理论与计算机技术的一种结合体，控制工程主要通过控制数据的输入、输出以及改变参数等，来实现对机械设备的控制与升级。控制工程在电子工程领域中应用广泛，如常被应用于自动化、集成化技术中。在18世纪的英国科技革命中，有科学家试图采用一种新的控制原理来实现对蒸汽机原动机机械格局的突破，这一最基本的控制原理为“离心式非锤调速器原理”，后来随着科学技术的不断发展，越来越多的研究者发现了更加系统且科学的控制分析系统。进入21世纪之后，IT技术成为热门，而IT中包括的通信技术、控制技术逐渐被作为基础学科被更多的人所认识和学习。控制技术中的稳定性、系统结构等理论思想也受到了更为广泛的推广应用，并成为各学科领域的方法论。

1.2 机械电子工程

机械电子工程是机械工程与电子工程的结合体，是采用模块化的方式进行系统操作的电子工程，其作用是在于制作高效率、性能好的產品。机械电子工程包含的技术主要有自动控制技术、检测传感技术、电子技术、机械技术等。其中机械技术被认为是机械电子工程的核心，承担着载体的作用，支撑着机械电子工程的整体框架，同时其他技术也会对机械技术产生影响。自动控制技术，顾名思义是结合控制理论与控制技术，对机械设备运转的过程、所需达成的目标进行控制，以提高机械设备的工作效率。检测传感技术主要是设备中的各种参数、测量值进行精确度的检测，因此检测的准确度将会直接对设备系统运转产生影响。电子技术主要是依据控制要求，通过结合电子学原理，使用相应的电子器件、机械元件来设计并制造出具有相应工程的电子产品。机械电子工程在我国工业生产中被广泛应用，随着生产需要的变化，机械电子工程的性能也在不断提升。

2 控制工程在机械电子工程中常用的几种技术

2.1 集成自动控制技术

随着对机械电子工程智能化、自动化需求的提出，集成自动控制技术是目前机械电子工程中最常见的一种控制技术，该技术主要是借助信息技术来优化整合机械电子工程的系统，以形成一个结构完整的自动化控制系统。集成自动控制技术在机械的生产加工中应用最为广泛，主要是通过自动搜集功能，将与产品相关的所有数据信息进行有效融合，并为生产技艺提供依据与操作支持，从而有效完成机械的生产要求。随着集成自动控技术的不断革新，目前较为先进的柔性自动控制技术已被投入使用，这一技术的使用更高效地实现了自动化与智能化的生产，极大地提高了机械生产的效率。

2.2 预测控制技术

预测控制技术是控制工程中不可缺少的重要内容，而预测控制技术与机械电子工程的结合，通常体现在高速液压机系统的设计中，而预测控制技术在高速液压机的应用，极大地实现了机械性能的突破，有效地提高了高速液压机的运转效率。随着市场对高速液压机运行速度要求的提升，相关设计人员不得不引入新技术来增加高速液压机的运转功能，但也增加了高速液压机的负载惯性，出现系统超调加大等问题，而这将会直接影响到高速液压机测量的精确度。此时，引入预测控制技术则显得十分有必要，通过预测控制技术，可以直接算出当前高速液压机运行中的误差值及其变化率，结合这一误差调整并控制高速液压机的负载惯性，再经由预测控制器输出准确值，由此可有效提高高速液压机的运作效率。

2.3 模糊控制技术

模糊控制技术是以模糊数学理论为基础结合控制技术而产生的一种控制技术。通常，控制系统中影响控制效果的关键点在于动态模式的精准度，为了控制这一精准度，常常需要对复杂系统中的各种信息进行保证，但系统运行中时常会出现各种变量问题，以至于后期无法对系统的动态进行准确描述。为了解决这一问题，设计师们尝试利用数学中的模糊理论结合控制技术来进行处理，由此便形成了模糊控制技术。模糊控制技术中，模糊控制器是其核心配件，并与其他组件协同配合，如模糊化、规则库、解模糊、模糊推理等，其中模糊化主要承担着确定模糊控制器内的输入量已完全转化为可识别的模糊量，且各模糊量都匹配有相应的模糊语言取值;规则库中主要储存着大量控制经验转化的规则，是运行模糊控制器运转的关键组件。模糊控制技术使机械电子工程的操作更为简便的同时，也提高了机械电子工程的运作效率。

2.4 神经网络控制技术

神经网络控制技术是依托于仿生学理论，再结合控制工程而形成的一种控制技术。该技术将控制系统中的各个连接点视作一个个的神经元，通过各节点之间的相互联系，形成网络结构，并建成高度非线性动力学系统，从而通过相应的操作达成处理信息的目的。当前，升级网络技术广泛应用于机械电子工程中的数控机床，通过在神经系统中设计向量算法，赋以符号函数等方式，使神经网络控制技术更智能化地使用于数控机床中，且操作过程具有容错率高、自我学习性能强等优势特点，极大提高了数控技术的加工效率。

2.5 鲁棒控制技术

鲁棒控制技术下系统优势特点在于系统不会由于受外界因素的干扰而发生参数改变等问题，这使得鲁棒控制技术在工业控制活动中得到了较为广泛的应用，如柔性机械臂的生产中，由于该生产系统属于分数参数系统，该系统极易受到外界因素的干扰，以至于系统的逆运动存在很大的不确定性，使整个柔性机械臂的生产控制显得相对困难。但在引入并使用鲁棒控制技术后，这一问题得到了有效的改善，它通过设模态法与奇异摄动理论的结合，将系统划分为慢子系统和快子系统，再利用滑膜控制的方法控制慢变控制器，利用鲁棒控制器控制快变控制器，从而来降低系统在运转中受外界的干扰，提高系统的运作率，进而提高生产效率。

3 控制工程在机械电子工程中应用的发展前景

与发达国家相比较而言，国内的控制工程与机械电子工程研究起步较晚，且核心技术研究方面与发达国家差距较大。但随着我国控制工程研究的不断深入，不仅实现了控制工程自身的优化升级，对机械电子工程的发展起到了很好的促进作用。可见在未来的发展中，控制工程应继续坚持创新发展道路，逐步提升控制技术的科技性能与使用性能，从而进一步推动机械电子工程的智能化、集成化、自动化、多元化发展。与此同时，农机一体化背景下，市场对机械电子工程的需求量不断增大，此时关注的不仅是机械生产背后的经济效益，也需要实现“绿色生产”，所以控制工程应用于机械电子工程的过程中，还应重点关注其环保性能，坚持“绿色科技”，以实现机械生产与环境保护的协调发展。

参考文献

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[3] 朱颖.控制工程在机械电子工程中的应用[J].电子技术与软件工程，2015（05）：159.

作者简介：

马云红（1974-），女，研究方向：农业机械。