【摘要】机电一体化设计中，必不可少的一部分就是控制理论，控制理论的精准程度与否，关系到机电设备的稳定性，和运行的准确性，因此，控制工程在机械电子专业中占有重要地位。本文通过对控制理论的介绍，和一个典型控制系统"伺服系统"的论述，阐明了控制理论在机电一体化设计中的重要作用，以及大力发展控制工程的必要性。

【关键词】控制理论 控制工程机 械电子工程

自人类使用工具以来就有机械工程的存在，电子技术是二十世纪发展的新学科。机械工程与电子技术的结合始于上世纪。起初，二者结合是分离的“块与块”关系，或者是功能结构上的相互替代。随着计算机技术发展的推动，机械系统和电子系统通过信息有机地联系起来，形成了真正的机械电子工程。人工智能技术的发展与渗透，使得机械电子在传统的机械系统能量连接、功能连接的基础上，更加强调了信息连接和驱动，并逐步使机械电子系统向具有一定智能的方向发展。机械电子专业可细分为机械电子系统（传动和模拟技术，机器和设备，

机械人技术及其运动系统，传感和执行元件技术，测量技术和图像处理等），微型，超微型机械（微系统技术，微型和精密仪器的功能组，微系统的测量技术等）和生物机械（机器人技术，生物系统，仿生执行技术，控制和设计，控制系统等）。

1控制工程学简介

控制工程是处理自动控制系统各种工程实现问题的综合性工程技术。控制工程是以工程控制论为理论基础，综合应用了信息理论和计算机理论的相关概念。控制工程不局限于任何一个工程学科，在机械工程、采矿工程、管理工程、航空工程、电气工程、生物工程、土木工程等工程学科中都有同样而广泛的应用。在实际应用中，控制工程还融合了自动控制技术、电子技术、计算机技术等多个学科的相关知识。其应用的控制理论主要有两种：“古典控制理论”，“现代控制理论”。“古典控制理论”的内容主要是以传递函数为基础，主要研究单输入和单输出线性定常时不变这类控制系统的分析和设计问题。而“现代控制理论”是在“古典控制理论”的基础上，以状态空间方程为基础，研究多输入、多输出、变参数、非线性等控制系统的分析和设计问题。随着机械工业的迅速发展，智能机器人、轧机系统、先进加工控制系统不断涌现，与控制工程的结合愈来愈广泛而密切。

2机械电子工程

早期的机械工业以手工加工为主，生产力低，但适应性强;三十年代开始集中在标准件和流水线，适合于大批量生产，但缺乏灵活性;现代生产一般要求转产周期短、生产灵活性强、产品质量高，因此常采用以机械电子系统为主要构成的FMS可以达到上述要求。与传统的机械工业相比，机械电子工程有着鲜明的特点：就设计而言，机械电子工程并不是一门有严格界线并且独立的工程学科，而是在设计过程中一个综合思想的实践。设计中，根据系统结构配置和目标，机械电子工程把它的核心部分（机械工程、电子工程、汁算机技术）与其它领域的技术，如：制造技术、管理技术和生产加工实践等有机地结合在一起，采用一种基于信息的自顶向下的模块化策略，完成设计就系统（产品）而言，机械电子系统（产品）结构简单，元件和运动部件少（如电子表），它用小巧的电子系统取代“傻、大、笨、粗”的机械系统，减小了系统的体积，提高了性能，但是系统的复杂性却大大增加了。机械电子学要求机械与电子技术的规划应用和有效结合，以构成一个最优的产品或系统。现代的机械电子系统除了“块与块”之间的动力联系之外，还有信息之间的相互联系，并由具有数值运算和逻辑推理能力的计算机来对机械电子系统的所有信息进行智能处理，人们已经认识到生产改革的未来属于那些懂得怎样去优化机械和电子系统之间联系的人;尤其是在先进生产和制造系统的应用中，对优化的需求将会变得更为迫切;在这些系统中，人工智能、专家系统、智能机器人以及先进的工艺制造系统将构成未来工厂的下一代工具。

3智能控制技术在工程机械领域中的应用

3.1在数控机床设计控制中的应用

人工智能技术在机械设计制造领域中的应用还可以体现在自动化控制技术上。在对数控机床进行操作的过程中，可以对现有的测量信息进行分析和计算，观察使用参数是否符合约束要求。比如，在镗孔当中，其切削条件是不能产生太大振动，即便产生振动，也要观察其振动幅度是否在可允许范围以内，需要经过多次实验来测得。在机械设计制造中，主要是由数控机床运行来实现的，然而，在自动化控制系统中存在工业机器人配合中心，该中心的存在给机械设计制造提供了良好契机。也正是因为该中心支持，可对数控机床进行严格控制。但自动化控制技术的应用需得到计算机系统帮助，这也意味着企业需安装计算机系统才能引入自动化控制技术。与传统控制系统相比，自动化控制系统优势更为显著。当企业在对小批量机械产品进行设计制造时，自动化控制系统可高效完成工作，在节约时间成本的同时，还可降低能耗，有着较高性价比。目前，自动化控制技术在机械设计制造领域的应用越来越广泛，在多个加工环节上都有涉及，机械制造企业也开始大面积接受自动化控制技术，在发挥技术优势的基础之上，与生产实际结合，推动我国机械制造行业发展。

3.2在起重机控制中的应用

（1）控制策略

计算机智能控制技术的应用，极大地提升了起重机作业的科学性，能够更加科学地分配起重机力矩受力的平衡分配，同时可以更好地保持起重机位置的同步，有助于提升其中作业的安全性。该技术的应用，需要测量起重机抓斗位置，并实现自动化开闭斗，借助该技术能够自动修正抓斗位置，保持抓斗力矩受力平衡，并且能够对抓斗力矩和方式进行精确控制，保障物料抓取最大化，提升作业效率。

（2） 控制方法

对起重机的智能控制，需要借助PLC和变频调速技术，借助变频调速系统实现对起重机运行速度的调节，并且收集起重机的运行状况信息，减少起重机运行过程中产生的振动，保障其运行稳定，同时还能起到降低起重机能耗的作用。并通过设备的监测来更好的保障设备运行的可靠性与安全性。在变频调速技术的基础上，再结合PLC控制技术，操作人员便可以通过设备的开关直接实现对起重机各个机构的运行控制。除此之外，借助PLC控制技术，还可以进行设备运行速度编码，提升起重机运行的科学性，减少起重机的能耗，并且确保钢丝绳受力均匀。借助起重机中的自诊断系统，还可以实现对减速器油温、起重机荷载以及钢丝绳的受力情况等方面的监测，进而可以更高的保障起重机运行的稳定性。

3.3在挖掘机中的应用

借助计算机智能控制技术，可以实现对挖掘机的负载适应控制，通过对液压系统的动力输出控制实现挖掘机的负载适应控制。除此之外，还可以实现对挖掘机动力适应控制，这种方式是指结合实际的作业需求来控制挖掘机的动力输出。控制方法就负载适应控制来讲，首先要保持发动机输出功率恒定，在基础上设置液压泵匹配的功率曲线。通过这种方式，能够对液压泵的吸收率进行调节，同时实现对挖掘机设备动力输出的调节。

结语

随着科技的进步，机电技术的发展必然走向电子化，智能化，这是时代进步的需求，这也是科学技术发展的必然结果，尤其是电子信息时代的来临，我国机电人员将电子信息技术充分地与机电技术相整合，同时应用控制理论将这个机电系统设计好，使它具有足够的稳定性，准确性，快速性。控制工程理论的应用与发展促进了工业生产使机械自动化的方向更精准的方向进行，同时也间接地促进了我国经济的发展。总之，控制工程在机械电子专业中具有重要的地位，它是保证机电一体化设计中控制装置的理论基础，此外在诸多科学技术领域中也有着重要应用价值。

参考文献

[1]董景新，赵长德，郭美凤，陈志勇，李冬梅.控制工程基础（第三版）教材，北京.

[2]赵丽娟，张建卓，李建刚.控制工程基础与应用.