Page 157 - 机械设计制造与自动化技术研究

第五章 机电一体化系统设计

回路控制系统相比，实现了运动空间的拓展，大大提高了系统的动态响应能力，
对于复杂的运动控制对象来说是一种较为理想的机电一体化控制系统形式。
对于多自由度控制系统，它不仅可以采用传统的 PID 控制方法，而且还可以

应用先进控制技术，如模糊控制、神经网络、自学习控制、反演控制等。由于系
统本身具有较强的非线性特性，因此难以建立精确的数学模型，所以采用一些先
进的控制算法来取代经典的 PID 控制器，从而取得满意的控制效果。
另外，如果用输入输出反馈控制器来取代传统的 PID 控制器，则可进一步降

低系统的成本。例如，某型航空发动机涡轮叶片加工装置，用 PID 控制时，要求
稳定转速为 600r/min，而通过采用积分环节的 PI 调节器，将转速提高到 800r/min，
而且在整个负载范围内都有良好的动态性能。
另外，在采用新型传感器的基础之上，还可以开发出自适应控制、鲁棒控制、

滑模控制、反步控制等控制技术。自适应控制就是在采样时间内根据给定的控制
目标，计算出一个新的控制器参数，并按照该参数的控制规律调整控制器的各项
参数，使闭环系统始终处于稳定状态。鲁棒控制就是当系统受到干扰后，仍能保
持稳定性。滑模面控制就是在不确定条件下，通过调节控制量的大小来控制系统

的稳定性。反步控制就是在采样时刻之前，将已知的未来的控制信号作为参考值，
对当前的控制变量进行控制。
此外，还可以利用计算机的强大功能，采用面向对象的编程方式，根据需要
开发出各种专用控制软件。这样既可节约硬件投资，又可方便地扩充和修改系统

程序。
总之，只要掌握了上述先进控制技术，就可以对多自由度机电系统进行有效
地控制，从而满足不同的控制要求。
机电一体化的发展趋势是向着智能化、集成化和网络化方向发展。智能控制

是指运用现代计算机技术、信息技术、通信技术以及人工智能理论和方法，对机
械、电子、电气设备进行综合控制，以解决人类无法直接控制的复杂问题。它的
基本思想是用计算机代替人脑，以数字信号处理和逻辑运算取代人为操作，达到
自动感知外界环境，自动识别被控对象，自动分析、判断和决策，然后自动执行

相应的操作任务。
集成一体化是一项系统工程，它要求将信息技术与计算机科学、电子技术相
结合，把硬件与软件统一起来，构成高度集成化的系统。所谓网络技术就是指将

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