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机械传动理论范文1
关键词：专家控制；预测控制；鲁棒控制；模糊控制；神经网络控制
控制工程研究的主要对象是多输入、多输出、变数、非线性等设计问题，当前，控制工程的应用领域非常广泛，电子工程是其应用的主要领域之一，在电子工程中控制工程的应用反映为各种先进的控制系统确保电子工程的各项数据信息的准确性、真实性、及时性，以减少工程的误差，满足工程的要求，从而确保电子工程顺利完成。
一、控制工程概述
控制工程与工程类的行业工程技术密切相关，其理论和处理方法涉及到许多方面，不仅包括线性控制、单变量控制、连续控制、定常控制和一般的反馈控制，还包括与之对应的非线性控制、多变量控制、采样控制、随机控制和自适应控制。通常，控制工程使用的技术方法有两种，即频域法和状态空间法，频域法指的是以系统外部输入输出关系的频率域描述传递函数为基础对控制系统进行分析和设计，状态空间法指的是以状态变量描述作为基础对控制系统进行分析和综合。当使用这两种方法的时候，需要结合工程的实际情况，综合考虑多种因素分析控制工程，以达到控制工程的预期目标。控制工程在自动控制系统中的应用尤其引人注目，控制工程规定了自动控制系统的指标，并对设计、构造、运行、分析、检验等过程提出了一定的要求，使自动控制系统在实际应用中创造的价值更高。
二、电子工程中控制工程的应用价值
（一）专家控制
专家控制系统在电子工程中的应用价值主要是对磨削过程实现动态智能补偿控制。在螺距生产过程中，为了实现螺距生产的高质量与高效率，精密丝杠磨削必须要确保螺距生产的精度较高，而达到这一目的前提条件是工件在消磨过程中纵向和轴向运动必须同步。在普通螺纹磨床生产中，工件消磨纵向和轴向运动是否能够同步不仅受工件磨削所处的生产环境温度、热变形、磨削力的影响，还受机械传动的影响，因为纵向和轴向运动的实现途径是机械传动，由机械传动对工件精度控制带来的误差更是不容忽视。专家控制系统的主要目的是控制磨削过程的磨削量，并在磨削达到一定程度是就进行补偿，从而有效减少螺距的误差。专家控制系统将磨削加工过程中的误差特征作为参量，综合考虑多种因素，根据工程的具体情况设定一套与之匹配的控制规则，以满足工程要求。
（二）预测控制
预测控制在电子工程中的价值是解决液压机系统超调变大、精度下降的问题。目前，随着科学技术的发展，液压机技术逐渐呈现出一种高压、高速化的发展趋势，极大地提高了液压机的工作效率与工作质量，但是随之带来的是液压机的负载惯性不断增大，直接导致系统超调变大、精度下降，给工程造成负面影响。预测控制达到控制目的有如下三个步骤：首先，要建立预测模型，其依据是系统输入的历史数据，包括采样时刻的数据与之前的数据；然后需要预测模型生成预测输出值，并进行预测计算，计算的是系统误差发生的变化率；最后得出预测计算的结果，进一步确定控制器输出，从而达到提前对液压机系统控制的目的。实践证明，预测控制可以有效解决液压机负载惯性增大带来的不良后果，不管是在外界因素影响还是在数据比较少的情况下均可使用，并可以获得较好的预测效果。
（三）鲁棒控制
鲁棒控制的价值是实现对柔性机械臂进行控制，使其能够更加准确地跟踪目标轨迹。鲁棒性指的是控制系统即使在多种因素干扰的情况下，其部分性能或指标仍可以保持不变，这一特性成为控制系统能否用于工业现场的重要参考标准。柔性机械臂是强耦合、非线性的多输入输出的分布参数系统，具有大幅度整体运动与小幅度性振动相互融合的特征，因此，再加上其他因素的影响，柔性机械臂的控制难度较大。基于假设模态法和奇异摄动理论将整个系统拆分为慢变以及快变子系统，鲁棒控制用于快变子系统当中，设计系统控制器，从而消除振动和其他不确定因素带来的影响。
（四）模糊控制
模糊控制可以建立精确的数学模型，使输出值更加准确，其控制效果十分明显。由于许多机械的加工过程比较复杂，使用一般的控制方法很难满足机械加工的要求，而使用自动控制的方法依然未能达到控制的最佳效果。模糊控制可以将机械加工的一些复杂问题简化，灵活使用构造算法，让控制编程更加简单。利用模糊控制方法只需要将测量值、设定的偏差和偏差变化率直接输入，就可以得到较为准确的控制输出值。
（五）神经网络控制
神经网络控制的基本组成要素是神经元，是控制领域基于仿生学思想探索出来的一种新的物理系统的描述方式 ，将比较复杂的系统用相对简单的方式描述出来，便于人们理解。神经网络的处理范围较广且工作量大，除此之外，神经网络的智能化功能也不可小觑，这种功能具有类似于人脑的自适应与自学习能力，因此在电子工程中被广泛应用于控制工程的内容之中。比如，神经网络控制在数控机床设备中的应用，为了有效避免因切削过程的不可预估性给机械加工带来的损失，提高风险识别能力与处理能力，使用神经网络控制为数控机床选择较为合适的切削参数是当前比较好的切削参数控制方法。
综上所述，控制工程在实际上是一种工程技术，在其应用的时候将工程控制理论作为基础，并结合计算机的一些知识来解决自动控制中的各种问题，因其综合了工程领域与计算机领域两个方面的相关知识，在实际的电子工程中具有相关大的应用优势。
参考文献：
[1]郭华.控制工程在机械电子工程中的应用[J].化工管理，2015，08：117.
[2]吴辉.论智能化技术在电子工程中的应用[J].山东工业技术，2014，20：149.
[3]张超.探讨电子工程中智能化技术的运用[J].数字技术与应用，2014，10：213.
机械传动理论范文2
关键词：高职教材；液压传动与气动技术；改进
编写适合高职高专人才培养要求的教材，是高职院校教材建设的一项重要工作。许多中专学校升格为高职院校后，机械、机电类专业的主干课程《液压与气动》原先采用的中专教材内容浅显，难以达到高职教学的基本要求；有些高职院校借用的本科教材则存在内容陈旧、理论偏深、缺乏实践环节、练习偏少等问题；还有些教材虽然冠以高职高专教材的名义，实质上是一本浓缩型本科教材，教材内容脱离地方经济发展与职业发展的实际。为此，我院教材编写组教师在同类教材的基础上进行了改革，编写了高职教材《液压传动与气动技术》，该教材于2006年1月由北京大学出版社正式出版，同时被选入21世纪全国高职高专机电系列实用规划教材。回顾教材的开发过程，我院主要注重了以下几个方面。
适应市场需求，调整教材结构液压与气动是研究以液体和气体为传动介质实现各种机械传动与控制的学科，由于这门技术具有许多独特的优越性，近几十年已渗透到各个工业部门，随着我国高新技术开发区的迅猛发展，气动技术正以极快的速度在现代企业领域日益推广。目前，本学科的绝大多数教材均侧重于液压部分内容的介绍，气动部分的相关资料比较欠缺，因此，这些教材已严重滞后于市场发展需求，也在很大程度上制约了学生的提高与发展。为此，我院在保留原有教材比较成熟的液压传动理论精华内容的基础上，增添了气动方面的理论知识与实践环节。整本教材共分为三大模块：第一部分包括液压传动的基本概念、常用液压元件的类型和特点、液压基本回路、典型液压系统的功能与应用；第二部分包括气压传动的基础知识、多种类型气动元件的结构和特性、常用气动回路的应用特点、气动控制系统的设计；第三部分包括常见故障诊断、气动实验课题等实践内容。模块化的教学内容便于师生有选择性地开展教学活动，充实的气动技术资料便于学生了解新技术、新信息，典型的实验课题便于学生锻炼动手能力，提高实践技能。
依据教学经验，整合教材内容“液压传动”与“气压传动”尽管工作特点和应用场合明显不同，但两者在元件工作原理阐述、图形符号绘制、基本回路分析等方面有许多相似之处，因此，针对两种传动方式的共性实施教学比较顺利。然而，在实际应用时，查询气动方面的资料很不方便，不少高职院校添置了气动实验设备，但却没有配套的教材。为了使液压传动与气动技术两部分内容合理分配，我院对教材作了大胆处理。首先，凭借多年来的教学经验对液压传动内容进行精心筛选，保留了原有教材中成熟的、重要的理论基础；其次，大量引入现代实用气动技术资料，全面介绍常用气动元件的类型、功能、结构原理与应用特点，在很大程度上弥补了原有教材中气动资料欠缺的不足；再次，适当增添系统常见故障诊断与排除方法以及与自动化生产设备配套的实验项目，在一定程度上解决了理论与实践脱节的问题。全书各部分内容的分配比例为：液压内容占36%，气动理论占39%，实践课题占11%，单元练习占11%，附录参考占3%。整本教材的编写充分体现了四个结合，即液压与气动的有机结合，理论与实践的紧密结合，精讲与勤练的有效结合，课堂学习与知识拓展的有序结合。
借鉴先进理念，降低理论难度从一些先进国家和地区开展专业教学和培训活动所采用的教材中，不难发现许多比较优秀的国外专业教材的特点，即以图代文，化难为简；模块组合，层次分明；案例介绍，通俗易懂。为此，在编写教材时，我院舍弃了传统教材中繁琐的文字叙述、理论性较强的公式推导、复杂的元件结构图，取而代之的是简要的文字说明、结论性的经验公式、清晰的元件回路简图和生动的典型实例。教材中将大量的形象图片和必要的说明文字有机组合，在一定程度上降低了理论难度，可以帮助学生减轻阅读负担，提高学习效率，增强感性认识。
引用实验课题，增强实践环节高职教材的特色主要应体现在实用性与实践性环节上。近二十年来，由于气动技术具有廉价、无污染、轻巧、安全、可操作性强等特点，其实用领域迅速拓展，在各种自动化生产线上得到广泛的应用。近几年，越来越多的高职院校通过引进或自发研制等途径，配备了全气动控制的实验装置以及由可编程控制器与气动元件联合控制的自动化生产仿真系统，这些设备满足了学生实践教学和训练的需要。在教材中，我院初步选择了12个气动实验课题，并提供了实验解答方案，便于学生在实践中学习，将理论学习与操作技能有机结合。这样，既弥补了传统教材缺乏气动实验的不足，又可以使气动实验教学渗入专业理论教学之中，引导学生重视实践环节，加强技能训练。
拓宽专业知识，增大信息容量高职院校学生的学习习惯与学习能力与本科院校的学生相比还存在较大差距，不少学生往往习惯于凭借一本教材来学习，而不善于翻阅参考资料。高职院校的教师一方面应善于引导学生全面学习，另一方面在编写教材时也应倡导“教参式”的教材观，使人手一本的教材不但成为学生学好某门课程的工具，而且还可以成为学生今后在生产实践中能活学活用的参考资料。编写教材时，我院借鉴了多本权威性很高的最新参考资料，大量引入现代企业实用技术信息，便于学生拓宽知识面；安排了“气动系统使用与维护”章节，便于学生在生产实践中随时查阅，提高解决实际问题的能力；提供了符合国家最新标准的常用液压与气动元件图形符号的附录，便于学生查阅元件名称类别与图形符号，增强识别能力。因此，本教材不仅可以作为职业技术院校相关专业的试用教材或培训资料，还可以供教师、学生、企业技术人员课内外学习，拓展视野或进一步参考。
增补练习题型，丰富教学内容适量安排课内外练习，帮助学生复习巩固每个章节的教学内容，这是每一本教材必不可少的环节。目前，多数本科院校规划教材的课后练习仅布置了几道问答题，不利于学生全面复习和训练；而一些中专学校使用的教材虽有配套的练习册，但练习册中的习题面广量大，或过于简单，或彼此重复。我院的教材在每一章教学内容之后，均有针对性、有选择性地提供了一定数量的习题，题型有填空题、判断题、选择题、问答题、分析题等多种，既便于教师在教学过程中讲练结合，又便于学生在学习过程中独立思考、及时练习、巩固提高。
重视图文制作，保证教材质量北大出版社在批准我院的教材编写申请后，提出了严格的图文制作要求。针对书中大量的元件图和回路图，我院曾尝试用扫描、拍摄等方法，但打印效果均不理想，最后全部采用了CAD绘图。编者承担了近四百张图形的制作，尽管工作量很大，但编者自己绘制图形的好处是图形的大小比例、线宽线型、标号注释等比较容易调整与修改，可以避免编书者与绘图者由于理解偏差产生的错误，为保证教材的图形质量奠定基础。在文字描述方面，则尽量使用简练的语言，在部分章节还尝试了教学提纲式表达方法，意在简单明了地呈现课程内容，便于学生一目了然，抓住重点。全书的排版均由北大出版社编辑完成，编辑部以专业化的封面设计、高水平的版面布局与规范的格式设置为该教材进行了“精包装”。
采用先进手段，改进教材形式教材作为学生学习的一种基本工具，不只局限于书面形式，还可以制作成网络电子教材，以生动形象的网页界面展现教材的整体内容，可将书中静态、复杂的图形用动态、直观的动画加以演示，将教材中元件的内部构造与企业产品实物的外形图片与型号参数相互对照，使学生贴近实际，了解所学专业与实际应用的关联性。针对重点、难点教学单元，还可以制作多媒体课件，便于学生在课后的业余时间继续学习。网络教材更新调整内容比较方便、快捷，具有较强的时效性和灵活性，可以对书面教材起到很大的辅助作用。
高职教育的教材建设是一项重要而艰巨的系统工程，只有不断总结、不断充实、不断创新，才能使教材的内容与形式日益完善，真正成为高质量、符合时代要求、具有鲜明特色的高职教材。
参考文献：
[1]程荣福.高等职业教育教材改革与建设[J].职业技术教育，2001，（10）.
机械传动理论范文3
关键词：电子节气门，执行器
汽车电子节气门技术(Electronic Throttle Control，ETC)是伴随汽车电子驱动理念(Drive-by-Wire)而诞生的。论文格式。它摒弃了传统节气门踏板采用钢丝绳或杠杆机构与发动机节气门间的直接的机械连接，通过增加相应的传感器和电控单元，实时精确控制节气门开度。ETC可实现发动机扭矩控制和精确空燃比控制，有助于提高汽车行驶的动力性、平稳性、经济性以及降低排放污染，备受业内人士重视。目前，ETC被广泛地运用于汽车的驱动防滑控制(ASR)、巡航控制(CCS)、车辆稳定性控制(VSC)及自动变速控制(AMT)等汽车动力控制系统中，并逐渐成为高档轿车的标准配置。
一、发展的制约因素
1)控制系统复杂，精确控制困难。ETC系统与ASR、CCS及VSC等多种系统相连，需要控制的参数多，控制逻辑复杂。论文格式。ETC系统本身存在非线性阻尼特性，进气扰流阻力矩不稳定等因素，传感器等工作部件在使用过程中存在机械磨损和可靠性变差等问题。
2)在进行多种控制功能集成时，各控制系统之间需采用信息融合技术，即将ASR、CCS及VSC系统所需要的各传感器信号有机地融合起来，实现资源共享，各个系统间的相互关系，提高控制系统的稳定性和可靠性。
3)ETC设计需要充分考虑不同驾驶员的驾驶个性和车辆的行驶环境。目前对汽车的减速、怠速、定速和加速控制还存在一定难度，这个问题的解决还需依靠驾驶行为学理论、神经网络控制理论(人工智能)和汽车电子技术的进一步发展来共同解决。
4)驾驶员主观偏见与成本居高不下也是阻碍ETC广泛应用的瓶颈。驾驶员习惯于人工操纵节气门，有的误认为机械连接操纵节气门更为理想，安全可靠。ETC采用了传感器、控制单元、驱动器以及冗余设计，使之成本较高，使得ETC目前只装配在高档轿车上。所以降低ETC产品的价格是当前研究的重要任务之一。
二、发展的关键技术
1)由单一功能向多种功能的集成发展集成化不仅是ETC系统的发展方向，也是各种汽车电子控制系统的发展方向。它有助于降低成本，增强各系统间的内在联系，充分利用车辆各种信息，从而进一步提高系统的稳定性和可靠性。最初的ETC设计是为了发动机扭矩控制和空燃比控制，现代的ETC系统已经向多功能集成化方向发展，如集成了怠速控制、牵引力控制、减少换档冲击控制、节气门回位控制、巡航控制及车辆稳定性控制等多种功能。
2)综合多种控制策略，为提高节气门的控制精度及反应速度，采取多种控制方法进行综合控制。目前的发展方向是从经典的PID控制发展到采用PID与现代控制方法相结合的控制算法，从线性控制发展到非线性控制，从单一模式控制发展到多模式控制。有些学者将多模态控制、模糊神经网络控制及滑模变结构控制等方法引入到ETC控制中，但是这些理论本身还有待完善和发展。
3)系统设计注重安全可靠性，具有自诊断和失效保护功能节气门是发动机控制的关键部件，因此在提高控制精度和进行集中控制的同时，必须注重ETC系统的安全可靠性，提高系统的故障自诊断和容错能力。如采取冗余设计的软／硬件控制器，能在系统出现故障时自动启用故障安全保护模式，使汽车在安全模式下能正常工作。因此，采用冗余设计，提供及时的故障隔离及系统重构功能，将是今后ETC系统发展的必然趋势。
4)控制器局域网CAN的应用，随着ETC等电控系统在汽车上的广泛应用，车载ECU与传感器数量越来越多，导致整车电路繁琐复杂、线束多、重量大及成本高。汽车局域网CAN总线，只用两根信号线就可与其它带有CAN的电子设备相连接，能以共享方式传送多种控制信息，实现真正意义上的数据共享。论文格式。因此，将CAN总线应用于ETC系统设计也是今后的发展方向。
三、电机式汽车节气门执行器的工作原理
电子节气门一方面执行来自电控单元的指令调节节气门开度以控制进气量，同时还可以输出反映节气门位置的信号，供系统监控节气门的实际开度。
电子节气门有两个电位器作为位置传感器，其电阻值随节气门位置的改变而变化。当加入+5V电压后，转化为与电阻值相应变化的电压输出。这两个电位器连同加速踏板上监控踏板运动行程的两个电位器，构成了整个电子节气门监控功能的一部分，能提供系统控制所期望的冗余度。
与拉线式节气门总成相比较，电子节气门开启角度不再由节气门踏板拉索控制。节气门踏板通过拉索控制节气门踏板位置传感器，该传感器只是以电压信号反映车主的力矩指令，而不是节气门的实际开度。电子节气门轴上的双轨道节气门电位计用来检测节气门的准确开度，此开度与车主的意图（加速、减速）并不完全一致。此外，怠速调节阀也被取消，由电子节气门直接进行怠速调节。
计算机精确控制电子节气门的开启以便满足空调、自动变速箱、平稳性动态控制、车速调节、发动机冷却等功能的需要。这是一种新的发动机负荷管理系统，可以最好地管理发动机的力矩。节气门位置由发动机各项功能的需求来确定，当各项功能需求同时出现时，计算机按照内部的各种优先级别决定，并由计算机来控制打开到某一开度，以满足优先级别最高的这项功能的需求。
四、电机式节气门执行器的优点
在传统汽车发动机节气门系统中，节气门踏板和节气门之间是刚性连接，操纵机构是通过拉索(软钢丝)或者拉杆，一端连接加速踏板．另一端连接节气门连动板而工作。这种传统机械式节气门开度完全受控于加速踏板开度，即取决于驾驶员的操作，所以并不总是在最佳运行状态，它的应用也受到了很多限制，并且缺乏精确性。在汽车电子技术和计算机技术飞速发展的情况下，电子节气门应运而生。与传统节气门相比，电子节气门明显的优点是可以用线束来代替拉索或者拉杆，在节气门旁边安装一只微型直流电动机，用电动机来驱动节气门开度，即所谓的“导线驾驶”．用导线代替了原来的机械传动机构，可以根据加速踏板移动量及其变化率解析驾驶意图，获取节气门转角的基本期望值，并且通过采集各种传感器信号，得到当前发动机工况参数信息，经过控制器的运算和处理，发出指令，驱动电子节气门，使节气门开度在各种工况下处于最佳状态．由此获得优良的发动机性能。
电机式节气门执行器的优点在于克服了原先在机械节气门时，发动机控制系统只能对怠速和定速巡航进行控制的局限性，转而成为对发动机全工况进行控制，也就是说原先由于驾驶员踩住了节气门踏板，控制系统无法按照所接收到的扭矩信号控制节气门进行动力匹配，在使用了电子节气门后这种情况得到了改变，由于节气门仅靠一电机带动，驾驶员踩节气门踏板只是为控制系统提供踏板位置的信息，控制系统参考这个信号，并根据各种工况的需求包括燃油经济性，排放等等进行运算后，来确定节气门的开度位置。这样使动力匹配得以精确。所以电子节气门与原来的机械节气门是完全不同两个概念，在打开点火开关踩节气门踏板和发动机运转时踩节气门踏板所看到的节气门开度情况是不同的。在打开点火开关踩节气门时，节气门会随着踏板的逐渐踩下而开大；在运转时，节气门开度并不随节气门踏板的踩下而改变，而是受控制系统来控制，有可能你节气门踏板踩得不大，但因为动力匹配需求节气门是全开的，这和开头所介绍的是一致的，所以不要以为是故障。发动机控制系统主要是根据改变节气门位置，喷油时间，点火提前角来匹配因三元催化预热、怠速、排放控制，速度限制、动力限制、自动变速箱换挡点、制动系统（牵引力控制，发动机制动）、空调，巡航控制等带来的扭矩的变化。
综上所述，机电一体化结构逐步取代组合式结构，智能化控制技术逐步取代纯电子控制技术，带通信技术功能的逐步取代不带通信技术的，数字控制方式逐步取代传统的模拟控制方式，运用红外遥控的非接触式调试技术逐步取代接触式手动调试技术，等等。我国目前新一代符合现场总线的智能电动执行器产品，是执行机构今后发展的必然趋势，它的成功研究与应用给电动执行器的进一步发展打下了良好的基础，并将给智能电动执行器带来广阔的市场发展前景。
参考文献：
[1]舒华，姚国平等编.汽车电器与电子技术.北京：机械工业出版社，2004
[2]李发海，王岩等编.电机与拖动基础.第二版，北京：清华大学出版社，1994
[3]徐灏，蔡春源，严隽琪，汪恺，周士昌.机械设计手册.第二版，第四卷，北京：机械工业出版社，2001
