工程机电控制系统稳定性提升策略

引言：

系统稳定性问题一直是影响现代工程发展的关键点，机电控制系统在工业系统中至关重要，但是随着机电控制系统体系的复杂化，使得控制系统稳定性问题愈发凸显，在工作中，受到外部噪音、电子元器件老化、算法技术限制等因素会形成对控制系统稳定性的破坏，所以实现系统稳定性控制，使其高效、稳定的工作，一直也都是当前工程领域关注的重点。

1.工程机电控制系统概述

控制系统是将机械、电子和自动控制技术运用于工程的控制系统，比如在建筑、交通、能源等领域中，利用传感器、执行器和控制器等构成自动控制系统，实现对设备或生产运行过程的自动控制。控制系统一般是指信息的采集、信号的处理、控制命令的输出和任务的完成，是一个对生产流程或机器设备进行自我控制、自我调节、自我测量，具备信息反馈、分析、处理功能的自动化系统。随着控制系统中加装自动识别、智能优化功能的实现，现代化控制系统不但具备传统控制系统中的控制功能，还能利用对系统的控制、运行、使用等方面的计算、分析，从而能及时地对目前的工作状况进行改善与优化，提升系统的运行效率，降低能耗，保障系统寿命。控制系统一旦出现稳定性不佳，也将直接影响到后期工作的开展。因此，提升工程系统的稳定性也是当前工程领域一个重要的研究与应用课题。

2.工程机电控制系统稳定性面临的问题

2.1 系统稳定性分析方法的挑战

目前工程机电控制系统的稳定性分析方法的局限性很大，随着系统结构形式和系统的功能的日趋复杂，传统的稳定性分析方法面临着多元、复杂功能的工程问题。工程上许多机电控制系统是由多个子系统环节相组成的系统，相互之间存在着动态的耦合作用，也使得系统的稳定性分析方法变得更加复杂。机电系统的运行状态绝大多数都是实时动态运行、实时控制的状态，这就需要对系统的响应和调节的速度要快，由于系统的稳定调节分析方法不能仅仅局限在静态分析的方法。静态方法不能提供系统状态在动态变化中的分析，也不能全面解释在负载的变化、设备老化以及故障发生的情况下出现行为的变化。由于受到外部环境等不确定因素的影响，许多传统的稳定性分析方法很难满足环境条件的改变，如温度、湿度、振动等因素对控制系统的运行影响情况。

2.2 外部干扰对系统稳定性的影响

此外，工程机电控制系统稳定性也会受外界环境干扰影响，诸如电磁干扰、温度、湿度影响、机械震动等均会对其控制精度、稳定性有影响。温度及湿度变化会使机件发生膨胀、收缩改变，从而改变部件配合度、配合状态。机械震动等均会导致设备松弛损坏、信号失真而致使控制系统崩溃、失灵。此外，外界电力波动也可能影响系统稳定性，在外界电力不稳定或过载状态下，控制系统可能崩溃、失控。

3.工程机电控制系统稳定性提升策略

3.1 稳定性优化设计方法

为实现工程机电控系统的稳定优化，首先要实现系统设计的优化。其中的系统优化就是针对设计系统实现稳定性增强的基础所在，在优化系统设计的过程中要注重系统结构合理化设计及冗余性设计，在系统选配电控元件及传感器等器材的过程中，要实现相对高质量、相对兼容，尽量降低因元器件之间差异而导致的系统不稳定；合理的系统结构也可以在一定程度上降低系统之间的干扰问题，减少相对故障的出现；系统的设计要考虑到系统的应急、冗余性设计，在系统中实现分系统之间的备用，确保在某个模块出现故障的时候，其它模块可以对工作进行接管，防止系统出现垮塌问题；要针对系统软件的设计实现实时性控制，在运行的过程中，随时监测系统运行过程中的不稳定因素，并予以故障分析并实时更新系统。基于动态运行监控的系统数据采集、分析和应用可以在实时监控的同时，更好地分析和判断系统的运行状态，在出现故障之前进行自动的判定以及干预等，优化系统的控制策略和运行的状态。

3.2 系统控制算法改进

改进控制算法，才能提高机电控制的稳定性。传统控制的算法多是从系统的静态进行考虑，对于控制系统在运行过程中动态性考虑较少。若想提高实时性的控制及稳定性的运行，则需应用先进有效的控制算法，如应用模糊控制算法、鲁棒控制算法及自适应控制等。此类控制算法均能在系统运行出现环境变化或系统参数变化时，实时性地调整控制算法来维持系统的平稳性运行。应用模糊控制算法，能对非线性系统进行复杂的处理，尤其针对机械系统内存在系统不确定及难以实现建立模型的部分。利用模糊逻辑控制推理，可以根据控制系统实际运行情况进行判断，避免系统出现过度或不够的调节过程，从而实现稳定性运行控制。而鲁棒控制算法，则侧重于系统自身的抗干扰性能，能够在发生系统对外界干扰或者系统参数变化时，维持稳定性地运行。自适应控制则是根据系统的反馈信号对控制参数进行动态改变，以维持系统稳定性，在各种工作过程中，均能给予其性能保障。

3.3 故障预测诊断技术的应用

故障预测诊断技术也是保证机电控制系统稳定性的一种主要方式。机电控制系统的机械电子器件由于磨损、老化或者外部作用的冲击影响，长时间工作后其运行性能会出现下降，甚至故障失效的现象。因此，对于运行控制系统进行有效的诊断与预测，提前感知系统可能出现的故障，并及时采取措施加以干预和防范，避免在发生故障之后引发整个系统更严重的大规模系统崩溃。机电控制系统的诊断技术有振动诊断、热成像、声波信号诊断技术。运用诊断技术监测机电控制系统的振动、温度等方面的故障异常信息，从而进行故障信号数据采集。通过分析、反馈与检测数据信息，可以对故障故障出现的前兆信息进行查找与判断，及时提醒人员做好防范维修工作准备。传统的检测分析技术一般只属于定期检点技术。但是运用故障预测诊断技术可以实现实时监测动态化系统的调试，且尽量避免发生系统停机的运行状态。在实际的运行中，融入人工智能技术的机器学习方法，对设备的信息和运行情况进行分析学习，并根据分析到的历史运行数据和故障发生情况总结出历史故障数据发生的类型和时间，从而构建出相应的故障预测模型，为机电控制系统稳定运行的故障检修提供数据支持。

3.4 机械电子元件的稳定性增强

工程机电控制系统是由机械和电子元件所组成，元件稳定关系整个工程机电控制系统的稳定性以及运行效率。提高元件稳定性，要求从元件的选材、设计、制造以及维护利用几方面来考虑。机械元件的稳定性主要关注元件自身高耐磨及抗疲劳性，并根据实际需要在元件高精度加工设计来降低在机械元件中的元件的相互配合，在设计机械元件的过程中应减小机械部件间隙及变形造成的问题。对于润滑系统的设计，也有助于元件自身摩擦的减小，从而提升机械部件的工作寿命。电子元件稳定，要求从电子元件的质量元器件的选择与线路电路的设计上入手，元器件上选好高质量元器件来保证元件具有耐温性、抗干扰性、抗老化性等因素，保证元件在长时间运行后仍具有稳定的工作条件。

结束语：

本文所研究的优化设计方案、改进控制算法以及对故障的检测策略能够较好地确保机电控制系统稳定性的提高，保障对工程项目的平安和顺利完工。当然，在工程技术方面，未来新技术出现，稳定性方面的关键问题得以进一步解决。

参考文献：

[1]王涛,李明.工程机电控制系统的稳定性研究与优化设计[J].工程技术与应用,2022,30(04):112-116.

[2]张强,赵磊.机电系统控制中的稳定性分析与改善策略[J].自动化与仪表,2021,38(10):45-50.