机电自动化控制系统的一体化设计

张建容

[摘    要]我國制造业已经跃居为世界第一，制造业的兴起使得各项新的科学技术被应用于各领域生产中，这也推动了各行各业的发展。在生产制造领域，随着机电自动化控制技术的广泛应用，大幅提升了生产效率，很大程度上为该行业发展提供助力。当前来看，未来机电自动化技术市场前景将十分广阔，也是企业竞争的焦点所在。基于此，文章首先阐述机电控制系统与自动控制技术的基本特点，分析自动控制技术一体化设计要点，最后提出了机电自动化控制系统的一体化设计的方法。

[关键词]机电自动化;一体化;设计;优化功能模块

[中图分类号]TH-39;TP273 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）03–00–03

Integrated Design of Electromechanical Automation Control System

Zhang Jian-rong

[Abstract]My country's manufacturing industry has jumped to the first place in the world. The rise of manufacturing industry has made various new science and technology applied in various fields of production， which has also promoted the development of all walks of life. In the field of production and manufacturing， with the wide application of electromechanical automation control technology， the production efficiency has been greatly improved， and to a large extent， it has provided great help for the development of the industry. From the perspective of the development status of electromechanical automation technology， in the future stage， the market prospect of electromechanical automation technology is very broad， and it is also the focus of future enterprise competition. Based on this， the basic characteristics of electromechanical control system and automatic control technology are expounded first， and the main points of integrated design of automatic control technology are analyzed. Finally， the method of integrated design of electromechanical automatic control system is proposed.

[Keywords]electromechanical automation; integration; design; optimization function module

随着互联网技术的进步，特别是机电一体化被广泛应用到工业领域，促进了我国工业技术的高速稳步发展。现阶段，机电一体化系统在各个行业领域发挥着巨大的作用，智能控制技术与机电一体化系统的科学融合形成新的一体化控制系统，在生产运行方面取得了较大的成效。机电一体化系统中，智能化控制技术作为核心的组成部分，对于整个工业生产效率的提高起到了至关重要的作用，在保证生产效率的同时按照内设的生产规程确保生产质量达到标准要求，为机电控制的革新优化奠定了坚实的基础。通过将智能化控制技术融入到机电一体化设计中，有效改善了系统生产运行过程中因不确定因素引发的生产故障等问题，进而确保生产企业能够稳定安全地开展各项生产工作。

机电控制技术在机械电气工程中发挥着巨大的作用，为机械产品赋予了不同的特性。然而，在进行不同功能性、不同类型的产品设计时，需要选择不同的方法，采取不同的工艺，因此，需要根据产品的需求，结合现有的生产情况并融入新的机电一体化设计思想，才能够真正意义上实现机电自动化控制系统的一体化设计，为我国社会经济发展贡献力量。

1 机电控制系统与自动控制技术

智能控制系统是指利用计算机、人工智能等先进技术对生产过程中的相关知识和信息进行科学化的处理，并将相关技术应用于生产过程的一种新型控制系统，在生产制造领域中被广泛应用，主要涉及到人工智能技术、自动控制系统、运筹学等多个专业的学科融合。智能控制是由多种学科相互交叉而形成的一门新兴学科，该项技术的基本载体是传统的控制理论体系，通过深入探究和计算对控制手段进行深层次优化，确保控制系统的每1个环节都能够协同工作，达到最佳的运行状态。经常使用的调优方法包括神经网络、模糊理论等。其最大的优点在于可以自动优化控制系统中的各个参数，达到自我调节的目的。智能控制系统借助以往的数据，针对比传统机电控制系统更为复杂多样的控制任务和控制目的，对控制结构和控制体系进行不断的优化、改善、升级，不断提高系统控制的稳定性和精准性，从而提高生产效率，不断推进企业和国家工业化进程。下面对机电控制系统和自动控制技术进行简单阐述：

（1）機电控制系统依托于计算机技术，通过系统内部的程序算法对各个生产环节进行定向设置，以远程控制的方式实现机械设备的自主生产，进而形成一整套的自动化生产动作。在机电控制系统中引入电力技术、互联网技术、网络通信技术等多方面的最新技术，先进的技术手段保证该系统具有自动化的特性，确保整套生产动作顺利完成。

（2）自动控制技术，主要特点是保证整个生产过程全程自动化，无需人力进行协助。现阶段该项技术主要功能是协助多种不同类型的设备实现协同工作。

2 自动控制技术一体化设计要点

2.1 设计构想

随着我国市场对于机电一体化产品需求剧增，新时期机电一体化设计成为了1门全新、全面性的综合类学科。因此，设计人员在进行系统设计前期，要对产品的各项功能需求进行全面了解，结合控制系统的基本结构进行产品设计，然后需要对各项数据结果进行分析，直到达到预期设计效果。为了确保设计系统满足各项功能要求，机电一体化系统要融入模块化、智能化和微型化等新兴技术，才能使得整个系统达到最佳的协同运转性和完整性。总言之，对于机电产品的设计，选择出最佳的系统算法。此外，还需要结合设计理念，优化系统控制结构，实现各项功能需求。

2.2 共性关键技术

现阶段，机电一体化共性关键技术主要分为以下两种：机械技术和计算机辅助技术。

机械技术作为机电一体化技术的基本组成部分，对于机电一体化技术后续革新发展具有较大的影响。机械技术的不断创新，助推整个机电一体化技术的高速发展，进而直接影响整个产业链发展。计算机辅助技术已经被广泛应用到机电一体化技术，该项技术的工作机理是整合相关技术运行中产生的各项数据并进行深入分析，按照内部系统算法，对生产运行涉及的各环节内容进行交换，确保生产安全稳定进行。将机械技术与计算机辅助等电子技术进行科学融合，在很大程度上提高了机械技术的精确度，同时增加了符合生产需求的各项功能，为我国机电一体化的深远发展提供了理论和技术支持。

2.3 功能模块设计

在多项设计内容中，机电功能模块设计的目的在于对机电控制系统加以完善，进而使自动控制技术更好地融入到机电系统之中，这样可以确保各项生产流程能更为有效地组合在一起，达到综合生产的目标，借助于控制器可以对各流程开展精确的调节，使得整体化生产效率提升。

3 机电一体化设计的方法

3.1 改良控制机构

机电一体化设计中，主要依靠机电设备实现生产运行，传统控制系统模式下大都是以机械结构实现。为了能够使机电控制系统与自动化技术有机融合，需要从机电设备的控制结构着手。

（1）要对原控制系统的控制构件进行改变和替换，可选择电子线路。

（2）要调整生产运行中设计的各项设备，确保生产活动实现安全稳定生产。以往机械设备中的控制系统是以单一化的控制模式为主，为了达到生产运行中的预期控制效果，可以利用机电一体化设计思想，采取科学手段对整个控制结构进行改进。

（3）为了实现控制结构的优化改良，设计人员要结合机电一体化设计思想，采用计算机技术对内部算法进行重新编程，然后需要对传统控制系统模式下的控制器进行更换，经常采用变速机构、凸轮。

传统机械控制系统的接口繁多，为了进一步简化，需要采用电子线路进行精简。精简后的机械结构控制系统在保证生产质量的前提下提高了生产效率，提升了产品的各项性能。

3.2 创新设计理念

从机电一体化设计角度分析，在整个机电一体化设计过程中的核心要点是实现整个生产的精准控制，提升生产运行效率。为了实现控制系统真正意义的改变，要打破传统模式下的设计思路。所以，在机电一体化设计时，设计人员要学习先进的设计理念，并能够结合产品生产需求将这些理念应用到机电一体化设计中，与此同时，还要在原有的控制原理上进行改进完善，并融入新的电子信息技术，只有这样才能够保证生产效率大幅提升。

3.3 优化功能模块

现阶段，机械构件和电子线路的结合无法真正意义上实现机电一体化设计的革新，设计人员必须要结合机电一体化设计理念，对生产环节涉及的各个功能模块进行整合和优化，确保各个生产环节有效衔接，进而构建一体化机电系统，保证产品达到质量标准。

4 自动控制技术一体化设计的具体应用

4.1 在提升机电控制系统效率方面的应用

传统模式下的机电控制系统而言，其主要工作是控制生产阶段的基础操作层面，各个基础层面与机构均是独立系统，无法进行有效衔接，导致整个生产流程单一，只进行重复性高的简单工作，而达不到较高的生产效率。通过自动控制技术一体化系统可以达到较高层面的生产控制，实现对整个生产阶段的全局智能化管理控制。智能控制系统将各个生产机构和功能系统进行有序分工，让其各自按照系统发出的各项指令、代码完成各项任务，形成一整套程序化制定。与此同时，将高级指令信息反馈到基础的系统机构，保证机构和系统分工、协同工作，进而达到预设的生产目标。通过智能化技术与机电控制系统的有机融合，对整个生产流程进行优化，生产方式也发生了质的改进，缩短了生产时间，极大地提高了生产效率，助推机电控制系统的安全稳定高效发展。

自动控制技术一体化控制系统在整个系统的顶层对生产环节的各项控制器进行控制和管理。但是，实际操作必须需要执行机构参与其中，进行基础的生产操作，形成顶层和基础层的有序贯穿和协同工作。通过将控制系统和智能化技术有机结合，融合多种类型的算法、指令，保证控制器根据外界环境和各项因素的改变对控制参数进行智能化输出，实现动态化调节，最终能够满足预设生产目标。在整个生产过程中，系统的控制结构未发生实质性的改变，但是可以对控制目标进行有效调节，仍然能够利用智能算法实现系统的稳定控制。

4.2 在降低机电控制系统生产成本方面的应用

企业在生产过程中的成本控制对企业的长远发展有着极其重要的作用，生产成本增加就会导致生产效益降低，对企业的发展是极为不利的，甚至是致命的。虽然传统机电控制系统在一定程度上节约了企业的人力成本开支，能够完成24 h不间断的流水线工作，也可以进行一些简单的、重复性较高的工作，但是随着信息化、智能化工业时代的发展，各行各业对产品质量的追求不断提高，传统机电控制系统在企业生产方面越来越难以满足供应商、合作商和相关生产企业的需求，人员开支和人力成本的不断增加导致企业的发展越来越艰难。智能控制技术有着传统机电控制系统无法比拟的强大功能和巨大优势，它和传统机电控制系统的融合，使企业的生产过程对人力的需求显著减少，由此相应的人力成本就可以控制在更低的水平，生产成本的降低最终能够提升企业效益，实现企业的长远发展。智能控制技术拥有自主学习、自适应、自动调节的能力，控制系统工作的时间越久，适应能力就越强，企业生产过程中的机电设备的加工精度和产品质量就越高，这对企业的长远发展而言都是极其重要的影响因素。

4.3 在机电控制系统稳定性方面的应用

无论是机器设备还是工业生产设备，在生产工作过程中都会因为环境问题、人为操作问题、机器本身寿命问题等产生各种各样的故障，有些故障开始出现的时候是很细小的，对生产过程不会造成太大的影响，但是如果任由其发展，随着时间的流逝，最终会对整个系统的计算产生较大影响，容错率也会大幅度提高。要想最大限度地降低电子设备的稳定性，可以借助智能机器人技术来实现，这对于机电工程快速稳定健康的发展具有十分重要的意義。人工智能系统可以对系统发出的各项信号进行自动识别，通过内部算法对各项数据进行快速、准确的整理和储存，使得机械电子产品的生产效率得到了明显提高，此外生产的精度较传统控制模式也大幅提高，很大程度上提高了整个生产企业的综合实力，帮助其在激烈地市场占有一席之地。充分运用智能技术构建相应系统，使得各个生产环节能够有序衔接，生产效率实现了较大提高。例如，智能电子机器在生产企业应用中发挥着重要作用。企业生产阶段需要面临两个关键性问题：①生产效率要提高，满足市场需求。智能电子机器人代替人工操作，确保整个生产环节都处于无人运行状态，将生产安全隐患降至最低，生产安全性得到了增强，进而生产企业的工作效率得到明显提高。②生产安全性要得到保障。整个智能化控制系统内设有实时的全方位的监控平台、遇到安全事故可自动断电的处理系统等安全应用系统，成为企业稳步健康发展的重要保障。

4.4 在交流伺服领域中的应用

交流伺服系统主要是对机电一体化系统运行质量及其动态变化进行控制的环节，工作流程较为繁琐，比如在某个工作流程中所要设置的参数可能比较多，并且在众多的参数中还涉及到动态参数的设置，使得机电系统在正常的工作下有众多的不确定因素。通过智能控制技术的运行，可以更有效地管控动态参数，从而提高了设备运行的效率，减少系统的依赖性，帮助一些中小型企业提高了生产效率，节约了成本。

5 结束语

自动控制技术一体化控制系统对未来的工业发展的影响不可估量，也极大地促进了机电控制技术的发展关键。以智能信息技术为背景的智能工业化发展也响应了国家“工业4.0”的精神。随着智能控制技术成熟，可以更好地提升产品生产效率并增长机电设备的使用寿命。

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