刘强1 赵金军2 郭磊3
1身份证号：370303197403037416，陕西省
2身份证号：511381199001204176，陕西省
3身份证号：610422198906083413，陕西省
摘要：在工业生产中机电控制系统作用极其重要，它肩负着调控各项机械设备，保证生产效率、生产安全，提高生产效益的重要作用。尤其在现阶段工业生产自动化建设速度的进一步加快，控制系统也提出了新的要求和标准，设计出更加自动化智能化的机电控制系统才可以满足现阶段的是工业发展趋势。因此文章就对机电控制中的自动控制一体化设计进行了探讨和分析，以供参考。
关键词：机电控制；自动控制一体化；设计分析
1“控制系统”的相关概念
1.1“机电控制”系统
想要进行机电控制系统的研究，首先要明确相关的概念。即在没有人员进行操作的前提下，利用控制设备与装置，让原本设计好的方式还能够运作，调动设备与生产线。而这一过程之中，系统不是单独运作的，全套的系统能将生产的各个关键部分组合在一起。“组合”的共同作用之下，实现原定的生产方式。如果从技术角度对机电控制系统进行分析可以得出，这一过程采用了多种技术，例如:通信技术、控制(自动控制与过程控制)技术、传感技术等等，有些过程中还会涉及到电子信息技术[1]。这些技术并不是独立发挥作用的，而是由一个囊括了这些技术的“综合技术”形成当前生产中应用的机电控制系统。
1.2“自动控制”系统
这一系统的核心一控制器，控制器的作用是在生产运行中保证对象按照之前设计好的规律化流程进行。自动控制建立在实用性的基础上，包括校正控制与自诊断控制等。通过这一设计，让机电系统的各个部分自动完成任务。而这-控制系统的两大理论分别是现代控制理论，即借助集合论与规矩论，通过线性代数这一工具进行分析；经典控制理论是借助拉式转换来进行函数的传递与计算的，同时还要配合系统分析。在现代控制理论中，第一步利用状态分析法，在时间域内提供系统运行过程的分析:第二步利用状态方程描述出第一步的分析；第三步是分析自适应、随机与最优控制，这些分析借助的主要是前两部获得的相关数据与资料。在经典控制理论中，经典控制理论又名“自动调节原理”，因为在经典控制理论中进行反馈的核心是负反馈闭循环系统，这一系统的核心是自动调节器，因而又名“自动调节原理”。上述现代控制理论与经典控制理论的共同点主要体现在：两种控制理论都有明确的控制对象；两种控制理论都需要在建立准确的数据模型的基础上进行；建立起的“数学模型”都是可以用数学方程与数学函数表达的。
2机电控制系统自动控制一体化设计的基本方法
（1）组合法。组合法在设计中的设计思路是：将机电系统的电子与机械整合起来，形成一个不可分割的整体在机电一体化的设计中，产品的性能与质量的提升都依赖一种全新思路的产品设计理念，但是并不改变原本与产品有关的原理，而是在此基础上跳出原本的设计模式。（2）取代法。取代法在设计时的设计思路是：在设计机电一体化的产品时，控制机构依靠电子线路来完善，以使机械的运行过程改变，实现预期中的效果。而在传统的机械运行中，往往只有单一的机械控制机构在控制。首先，使用微型计算机或者是能够编程的控制器，使机械控制机构与电子线路有机组合起来。其次，原本的机械机构采用电子线路取代的，而原本的步进开关、薄码盘、插销板等接触式控制器则采用凸轮与变速机构取代。这不但提高了产品的质量与性能，还简化了机械结构，从而实现机电一体化的设想。（3）整体法。整体法的设计步骤是：例如，在设计数控机床的时候。第一步，要先采购伺服驱动装置、专用数据控制装置，还有与之相关的种种机械各一套，以供车床使用。
第二步，整合各个部分，这样一台功能模块相整合的机电一体化数控车床就组成了，可以实现多种功能[2]。像这样的方法在实践中应用非常方便，在机电一体化的设计过程中，如果单一的电子部分与机械的整合不能满足需求时，设计者们就需要构建一个整体，让这种多功能整体来达到预期效果。
三种方法的比较：组合法在应用时的优点是功能多样化，设计周期短，设计成本低；主要应用在数控机床领域。取代法的优点在于机械结构得以优化；这使得取代法大多应用在电子化的产品上。整体法的优点在于创新性与完整性，这些优点使其在所有机电一体化领域得以使用。
3自动控制一体化的机电控制设计分析
机电控制一体化、自动化控制系统主要由2部分构成，即系统硬件与系统软件，二者是系统的核心构成部分。
3.1系统硬件
（1）单片机。单片机是机电控制系统不可或缺的元件之一，其可靠性高、适用性高，在机电控制系统中广泛应用。将单片机中的各个构件与总线进行连接，可以避免过多地占用用户资源，即使用户对硬件设施进行调整，也可以利用串行口执行系统仿真，确保系统的正常运行。此外，单片机的储存量也比较大，可以支持系统正常运行，可靠性较高。（2）A/D模数转换器。利用A/D模数转换器可以实现串行控制，主处理器与外围的串行口可以通过A/D模数转换器串行的输出端进行数据的传输，并且可以在外界对A/D模数转换器施加差分高阻抗基准电压，可以有效简化比率的转化过程，大幅提升转换效率。此外，A/D模数转换器的接口也比较简单，可以直接与单片机进行连接。通过单片机与A/D模数转换器对连接，确保系统运行的可靠性。（3）电路设计。在机电控制系统中，传统机电控制系统主要是利用IC元件处理传感信号，但是IC元件只能完成对电压信号的处理，无法对电流信号进行处理，因此，在机电一体化、自动化控制系统设计中需要加入转换电路。一般采用的主要是电压调节器，当电流信号经过电压调节器时，其可以将电流信号转化为电压信号，便于IC元件对其进行识别以及处理。如当4mA电流经过电压调节器时可以将其转化为0V的电压值，通过电压调节器的信号转化，IC元件可以准确进行识别，并驱动系统运行。
3.2系统软件
（1）调节软件。在系统软件设计方面，需要综合考虑系统应用的实际情况，可以在程序当中提前设置好时间组，这样利用键盘即可进行调用，更加方便快捷。如可以将非编码键盘分为3类:停止键、档位键以及启动键。操作人员通过键盘按键即可操控机电设备。启动键可以让系统进入运行状态，档位键可以调节运
转速度，而停止键可以使系统停止运转，但是保持开机状态，随时可以重新启动[3]。（2）工作软件。工作软件主要是针对工作人员。根据机电控制系统的实际需要，添加相应的工作软件，便于工作人员对设备进行操控，重点在于提升控制精度以及系统控制的自动化程度。如信息采集软件、信息处理软件以及驱动软件等，以计算机为核心，可以实现对机电设备的自动化、一体化控制。
结语
机电控制系统自动控制一体化设计需要考量多方面的因素，根据实际情况，可以采用组合法、整体法及取代法进行设计，确保各个子系统以及模块相互协调配合，在控制系统整体造价的基础上实现最优化设计。设计人员要勇于突破传统，积极创新，有效提升系统的自动化、智能化程度。
参考文献
[1]马荣鸿，李清坤，袁俊川．机电控制系统自动控制技术与一体化设计［J］．电子技术与软件工程，2016(24):140．
[2]马逸然．基于智能技术的电气自动化控制系统［J］．电子技术与软件工程，2017(10):142．
[3]何广添．关于机电控制系统自动控制技术与一体化设计的研究［J］．机电工程技术，2019(6):179－181．
[4]刘敏．基于机电控制系统自动控制技术与一体化设计分析［J］．电子世界，2018(15):206．