智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：在討論機(jī)電一體化和智能控制概念與作用的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)討論了智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能控制；機(jī)電一體化系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)1673-9671-(2012)042-0099-01

1機(jī)電一體化概述

隨著微電子技術(shù)逐漸滲入到機(jī)械工程中，導(dǎo)致機(jī)械工程與微電子技術(shù)有機(jī)結(jié)合，從而形成一個(gè)新概念—機(jī)電一體化。機(jī)電一體化是一門新興交叉學(xué)科，它把自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)及機(jī)械技術(shù)有效融為一體，促使設(shè)計(jì)人員從系統(tǒng)的角度出發(fā)，采用現(xiàn)代方法發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。

2智能控制

2.1智能控制概念及作用

智能控制系統(tǒng)是指能夠模擬人工智能或具有人工智能的系統(tǒng)。智能控制系統(tǒng)是一個(gè)知識(shí)處理系統(tǒng)，可以分為兩部分：智能控制器和外部環(huán)境。如圖1所示為智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。智能控制通過(guò)分析歸納廣義被控對(duì)象的各類固有知識(shí)和信息，并對(duì)這些知識(shí)和信息進(jìn)行處理，使系統(tǒng)處于最優(yōu)狀態(tài)。

2.2智能控制的特點(diǎn)

智能控制理論源于傳統(tǒng)控制理論，但又不同于傳統(tǒng)控制理論，傳統(tǒng)控制理論只是智能控制理論的一部分。傳統(tǒng)控制理論研究的是被控對(duì)象，而智能控制研究的是控制器本身，并且該控制器的模型為知識(shí)系統(tǒng)和數(shù)學(xué)模型相結(jié)合的廣義模型。相比于其他控制理論與方法，智能控制具有以下特點(diǎn)。

1）智能控制可以模擬工人智能，模擬人的學(xué)習(xí)能力、對(duì)知識(shí)的運(yùn)用能力和對(duì)問題的推理和求解能力。

2）高層控制是智能控制的核心，智能系統(tǒng)能從全局出發(fā)，求解廣義問題和控制復(fù)雜系統(tǒng)。

3）智能控制系統(tǒng)不僅具有變結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，還具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、判斷決策和較高的容錯(cuò)能力，從而促使系統(tǒng)處于最優(yōu)

狀態(tài)。

4）智能控制系統(tǒng)具有補(bǔ)償能力。

5）智能控制遵循“智能遞增，精度遞降”的基本原理，具有較高的安全性和可靠性。

3智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用

在控制參數(shù)方面，機(jī)器人要求控制參數(shù)是多變的；在動(dòng)力學(xué)方面，機(jī)器人具有時(shí)變性、非線性和強(qiáng)耦合的要求；在傳感器信息方面，機(jī)器人具有多信息要求；在控制任務(wù)方面，機(jī)器人具有多任務(wù)的要求。分析機(jī)器人和智能控制的特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，智能控制非常適合應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域。

如今，在機(jī)器人領(lǐng)域的很多方面都應(yīng)用了智能控制技術(shù)。例如，利用智能控制技術(shù)可以有效控制機(jī)器人手臂的動(dòng)作、姿態(tài)；利用多傳感器信息融合技術(shù)、信息處理技術(shù)和控制技術(shù)對(duì)機(jī)器人的行走路徑、停留位置和躲避障礙物等動(dòng)作進(jìn)行控制。

隨著智能控制方法的不斷發(fā)展，它們的實(shí)用性、可靠性和優(yōu)越性已經(jīng)在很多應(yīng)用系統(tǒng)中得到證明。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制具有很強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)功能，通過(guò)利用神經(jīng)元之間的聯(lián)結(jié)和權(quán)值的分布表示特定的信息，并對(duì)各傳感器接受到的信息進(jìn)行處理，最后以直接自校正控制等方式對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制；模糊控制具有很強(qiáng)的魯棒性，建立在模糊集合、模糊推理和模糊語(yǔ)言變量的基礎(chǔ)之上。模糊控制廣泛應(yīng)用于機(jī)器人的建模、控制等很多方面。模糊控制首先對(duì)被控對(duì)進(jìn)行建模，在同時(shí)考慮控制規(guī)則和模糊變量的隸屬度函數(shù)的基礎(chǔ)上，利用模糊控制器，對(duì)機(jī)器人機(jī)械控制；在設(shè)計(jì)與規(guī)劃?rùn)C(jī)器人路徑的時(shí)候主要用到免疫算法，再結(jié)合遺傳算法和進(jìn)化算法，可以對(duì)控制程序和控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

3.2智能控制在數(shù)控領(lǐng)域的應(yīng)用

智能化是當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)加工質(zhì)量提出了更高的要求，尤其是在數(shù)控領(lǐng)域應(yīng)用智能控制成為人們?cè)絹?lái)越迫切的要求，如對(duì)制造網(wǎng)絡(luò)通行能力、加工運(yùn)動(dòng)的模擬、推理和決策能力、智能編程、智能監(jiān)控、自尋優(yōu)等功能的要求。數(shù)控系統(tǒng)中的某些模塊通過(guò)數(shù)學(xué)建模及傳統(tǒng)的控制方法可以實(shí)現(xiàn)，但是數(shù)控系統(tǒng)中的很多環(huán)節(jié)因?yàn)槿狈?zhǔn)確的信息，無(wú)法通過(guò)數(shù)學(xué)建模和傳統(tǒng)的控制方法實(shí)現(xiàn)，這時(shí)就需要通過(guò)智能控制方法和理論實(shí)現(xiàn)。利用模糊推理對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行故障診斷，利用模糊控制優(yōu)化加工過(guò)程，利用模糊集合理論對(duì)某些控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)計(jì)算、故障診斷；利用專家系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某些難以確定算法或結(jié)構(gòu)不明確的情況進(jìn)行推理計(jì)算。另外，利用專家系統(tǒng)對(duì)多個(gè)數(shù)控機(jī)床維修專家的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合，并收集現(xiàn)場(chǎng)故障信息，再根據(jù)合理的推理規(guī)則，結(jié)合故障情況提出相應(yīng)的維修意見。

3.3智能控制在交流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

伺服系統(tǒng)是機(jī)電一體化典型產(chǎn)品的重要組成部分，它屬于一種轉(zhuǎn)換裝置，通過(guò)轉(zhuǎn)換電信號(hào)以實(shí)現(xiàn)機(jī)械操作。交流伺服系統(tǒng)非常復(fù)雜，由于存在強(qiáng)耦合、負(fù)載擾動(dòng)、參數(shù)時(shí)變等諸多不確定因素，所以不可能建立起精確的數(shù)學(xué)模型，只能建立起與實(shí)際情況相近的模型，該模型難以滿足某些廠家對(duì)系統(tǒng)高性能指標(biāo)的要求。如果能引入智能控制系統(tǒng)，交流伺服系統(tǒng)將不再需要精確的控制器參數(shù)和數(shù)學(xué)模型就能使系統(tǒng)具有較高的性能指標(biāo)。

3.4智能控制在機(jī)械制造中的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能控制技術(shù)和傳統(tǒng)機(jī)械理論的有效結(jié)合和制造機(jī)電一體化系統(tǒng)的飛速發(fā)展，機(jī)械制造技術(shù)不斷向著智能化方向發(fā)展。機(jī)械制造系統(tǒng)利用智能控制技術(shù)，模擬機(jī)械制造專家的智能活動(dòng)，從而提高制造機(jī)電一體化的技術(shù)水平。要在機(jī)械制造中實(shí)現(xiàn)智能控制，首先必須結(jié)合機(jī)械制造特點(diǎn)不斷發(fā)展與完善智能控制理論、技術(shù)和方法；其次，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)功能和對(duì)信息的處理功能，對(duì)零部件的加工信息進(jìn)行處理；最后，利用控制技術(shù)控制機(jī)電一體化系統(tǒng)加工機(jī)械零部件。

4總結(jié)

智能控制是機(jī)電一體化發(fā)展的必然趨勢(shì)，控制水平的高低直接影響機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。智能控制相對(duì)于傳統(tǒng)控制具有明顯的優(yōu)越性，目前為止，智能控制已經(jīng)在機(jī)電一體化中得到廣泛應(yīng)用，但仍有很大的發(fā)展空間。因此，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的高度智能化，我們?nèi)孕璨粩嗯εc探索。

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