控制算法的理论研究

控制算法 主要是机电一体化

机电一体化系统控制算法的理论研究

摘要：机电一体化中，在进行任何一个具体控制系统的分析、综合或设计时，首先应建立该系统的数学模型，确定其控制算法。所谓数学模型就是系统动态特性的数学表达式。它反映了系统输入、内部状态和输出之间的数量和逻辑关系。这些关系式为计算机进行运算处理提供了依据，即由数学模型推出控制算法。所谓计算机控制，就是按照规定的控制算法进行控制，因此，控制算法的正确与否直接影响控制系统的品质，甚至决定整个系统的成败。

关键词：机电一体化 控制系统 数学模型 动态特性 控制算法

一、控制算法在机电一体化控制系统中的作用及地位 机电一体化是融合检测技术、信息处理技术、自动技术控制、伺服驱动技术、微电子技术、计算机技术以及机械技术等多种技术于一体的新兴综合性学科。机电一体化控制系统是为了形成某种特殊功能而装配起来的一组物理元件。我们所研究的“系统”就是有相互联系、相互作用的若干部分构成，而且有一定的目的或一定的运动规律的一个整体。一般的机电系统是机械和电的组合系统。 现代机电一体化控制理论是建立在状态空间上的一种分析方法，它的数学模型主要是状态方程，控制系统的分析与设计可以说是精确的。机电一体化控制系统的设计中应对控制子系统建立数学模型，确定其控制算法。控制算法决定了控制系统的优劣。控制系统的数学模型在控制系统的研究中有着相当重要的地位，要对系统进行仿真处理，首先应当知道系统的数学模型，然后才可以对系统进行模拟。数学模型就是系统动态特性的数学表达式。它反映了系统输入，内部状态和输出之间的数量和逻辑关系。控制算法即所谓计算机控制,就是按照规定的控制算法进行控制，因此，控制算法的正确与否直接影响控制系统的品质,甚至决定整个系统的成败。

在工业控制中，许多控制过程机理复杂，滞后大，控制对象具有变结构、时变等特点。相应的，每个控制系统都有一个特定的控制规律，因此，每个控制系统都有一套与此控制规律相对应的控制算法。由于控制系统种类繁多，控制算法也是很多的，随着控制理论和计算机技术的不断发展，控制算法更是越来越多。例如，机床控制中常采用的逐点比较法和数字积分法；直接数字控制系统中常用的PID调节控制算法。当控制系统比较复杂时，控制算法也比较复杂，整个控制系统的实现就比较困难，为了设计、调试方面，可将控制算法作沒些合理的简化，忽略沒些因素的影响（如非线性、小延时、小惯性等），在取得初步控制成果后，再逐步将控制算法完善，直到获得最好的控制效果。控制技术发展到今天，其理论水平已达到相当的高度。而如何将这些理论（或者说是控制思想）实际应用才是作为大多数工程技术人员目前需要考虑的问题。

控制算法 主要是机电一体化

二、机电一体化系统中控制算法对系统的影响

1．对机械系统功能的影响

微电子技术和信息处理技术的应用，赋予传统机械产品许多新的功能，同时创造出许多现代机电新产品，这些产品所具备的多种复合功能已成为一个显著的技术特征。在机电一体化系统中，不同的动力驱动部件之间可以不再有物理上的联系，而是演变为逻辑上的联系，即控制算法。且每一个驱动部件都可以具有一定的智能化，能直接控制位置和速度。逻辑联系的可编程性以及单个驱动部件的智能化，是机电一体化系统的功能得到丰富和提高的主要原因，通过软件设计，机电一体化系统可以完成极其复杂的任务。

2．对机械系统性能的影响

控制算法，使得机电一体化的动力系统智能化、分散化，不但使传动链缩短，提高了传动精度，而且使整个机电一体化系统的机械结构更为简单，机械部件数量减少，使系统的刚度更好。由于这些因素，使机电一体化系统的运动特性和动力特性都得到很大的提高，同时也使由机械磨损、配合间隙和受力变形等机械因素引起的误差得到有效的控制，直接表现为系统的运动精度提高和响应速度加快。机电一体化系统在工作精度上远高于纯机械系统，主要得益于以下几点：第一，机械结构的简化使结构刚度大幅度提高；第二，传动链的缩短使传动刚度大幅度提高；第三，嵌入式的信息处理系统和各种传感器的大量采用，使系统的运行处在闭环控制中，可以通过控制算法对工作过程加以控制以补偿各种干扰引起的工作误差，并提高响应速度和工作效率。

三、机电一体化控制系统中控制算法的选择

在工业控制中，每个控制系统都有一个特定的控制规律，因此，每个控制系统都有一套与此控制规律相对应的控制算法。由于控制系统种类繁多，控制算法也是很多的，随着控制理论和计算机技术的不断发展，控制算法更是越来越多。例如，机床控制中常采用的逐点比较法和数字积分法；直接数字控制系统中常用的PID调节控制算法；位置数字伺服系统中常用的最少拍控制算法；另外，还有各种最优控制算法、随机控制和自适应控制算法。在系统设计时，应根据所设 …… 此处隐藏：9068字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……