機(jī)電一體化中智能控制策略探討

摘要：當(dāng)下，越來越多行業(yè)領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)備呈現(xiàn)出機(jī)電一體化的發(fā)展態(tài)勢，這無疑是實現(xiàn)其自動化、智能化與人性化的一大途徑。而智能控制作為機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心技術(shù)，必然會影響其應(yīng)用實效。故在此結(jié)合智能控制的特點和類型，就其在機(jī)電一體化中的應(yīng)用策略加以探討，希望有助于智能控制領(lǐng)域健康發(fā)展，并提高機(jī)電一體化的智能化水平。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；智能控制技術(shù)；控制策略；

近年來，融合了多種先進(jìn)技術(shù)的機(jī)電一體化系統(tǒng)得到了蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為社會生產(chǎn)生活創(chuàng)造了極大的便利，這顯然離不開智能控制技術(shù)的重要作用。因智能控制技術(shù)可有效解決非線性、時變性、多層次性等控制領(lǐng)域的復(fù)雜難題，利于機(jī)電一體化系統(tǒng)的可靠運行。故希望通過對機(jī)電一體化中智能控制策略的探討，對推動兩者協(xié)調(diào)發(fā)展有所助益。

1.智能控制技術(shù)綜述

智能控制是目前控制領(lǐng)域的研究重點和熱點，簡單的講，其是以自組織、自適應(yīng)、人機(jī)系統(tǒng)、Petri網(wǎng)等智能理論為基礎(chǔ)，以計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、控制技術(shù)等為平臺，然后在無人干預(yù)的條件下，由智能機(jī)器獨立、自動控制系統(tǒng)設(shè)備完成既定目標(biāo)[1]。

而智能控制技術(shù)之所以在機(jī)電一體化系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮著日益重要的作用，與其自身特點有直接關(guān)系，如變結(jié)構(gòu)、非線性較高，核心多為高層控制，任務(wù)要求較為復(fù)雜，控制模型相對不確定，組織功能、適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)功能極強等，這些均為其發(fā)展和應(yīng)用提供了良好契機(jī)。具體而言，當(dāng)下的智能控制系統(tǒng)主要涉及下述幾類：專家系統(tǒng)，即將專業(yè)知識、控制技能、專家經(jīng)驗等匯集至專門的數(shù)據(jù)庫，然后依據(jù)程序指令進(jìn)行運行操作（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示），相對而言，實用性較好；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即基于神經(jīng)細(xì)胞、人工神經(jīng)元等實現(xiàn)分布處理、非線性映射、人工智能模仿等功能，具有較強的自組織、自適應(yīng)和并行處理的特點，在機(jī)電一體化中的應(yīng)用最為廣泛；分級控制，即以自組織和自適應(yīng)為前提，實行相對獨立的組織、執(zhí)行、協(xié)調(diào)等控制功能；模糊控制，即專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集合體，有助于控制技術(shù)智能化和模糊邏輯功能的提高。

2.機(jī)電一體化中的智能控制策略

機(jī)電一體化為自動化領(lǐng)域發(fā)展創(chuàng)造了良好契機(jī)，而智能控制技術(shù)又為機(jī)電一體化提供了有力支持，故兩者的融合發(fā)展則為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展打下了堅實基礎(chǔ)，故探討機(jī)電一體化中的智能控制策略十分必要，下面就其加以重點分析。

2.1.將智能控制應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域

在電力電子領(lǐng)域中引入智能控制技術(shù)，既有利于優(yōu)化電子器件設(shè)計，也有助于節(jié)約設(shè)備運營成本，其中在電流控制技術(shù)中的應(yīng)用最具代表性。如涵蓋發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、變壓器等在內(nèi)的電機(jī)電器設(shè)備，無論是規(guī)劃設(shè)計、投運生產(chǎn)，還是運行控制、日常管理，都具有較強的復(fù)雜性，若引入智能控制技術(shù)，可基于遺傳算法對設(shè)備進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，可大大節(jié)約計算時間和成本費用，并確保設(shè)計方案科學(xué)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，同時運用模糊專家和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可基于電子設(shè)備運行狀態(tài)實時信息對設(shè)備故障進(jìn)行快速診斷和控制，進(jìn)而降低故障影響，確保系統(tǒng)運行安全穩(wěn)定。

2.2.將智能控制應(yīng)用于機(jī)械制造領(lǐng)域

機(jī)械制造是機(jī)電一體化系統(tǒng)的重要構(gòu)成，故其采用智能控制技術(shù)也是必然選擇，如此一來，其便可以通過改善機(jī)械設(shè)備的故障自我診斷能力，以提高工作效率和質(zhì)量。具體的講，就是依托于計算機(jī)、信息等技術(shù)工具，動態(tài)模擬制造過程，此時可借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)等智能理論經(jīng)傳感器對采集的信息進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)合Then-If逆向推理用于優(yōu)化控制參數(shù)和模式，針對殘缺不全的數(shù)據(jù)信息，可基于模糊理論借助外環(huán)決策制定合理的控制動作，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)便可憑借較強的學(xué)習(xí)功能對其加以科學(xué)處理，進(jìn)而提高機(jī)械制造控制活動的效率和精度[2]。目前監(jiān)控、預(yù)報、故障診斷、自我維護(hù)以及機(jī)械操作、控制與管理的集成是機(jī)械制造智能控制的研究熱點。

2.3.將智能控制應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)工程

將智能控制應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程管理中也有其自身的意義所在，那便是有效解決傳統(tǒng)控制模式的復(fù)雜問題，確保工業(yè)生產(chǎn)過程有序開展，但其應(yīng)用一般分為局限級和全局級。其中智能控制的局限級側(cè)重的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家兩類控制器的智能控制，通常限于為工業(yè)生產(chǎn)過程中局部單元的控制器進(jìn)行調(diào)整和控制，如參數(shù)整定、自適應(yīng)調(diào)整、處理復(fù)雜的控制問題等[3]；而全局級則是相對于整個工業(yè)生產(chǎn)過程而言的，主要用于處理操作異常、診斷控制過程存在的故障等，以便于提高操作工藝的效率和質(zhì)量。

2.4.將智能控制應(yīng)用于數(shù)控相關(guān)領(lǐng)域

信息技術(shù)在蓬勃發(fā)展的同時，也推進(jìn)了數(shù)控領(lǐng)域與智能控制的相互融合，因為機(jī)電一體化的持續(xù)發(fā)展需要更高水平的數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)，而引入智能控制技術(shù)可進(jìn)一步為其提供重要保障。如在模具制造、機(jī)械加工等數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域中，加工環(huán)境的感知、網(wǎng)絡(luò)通信制造的實現(xiàn)、加工運動的推理等相關(guān)能力是對數(shù)控技術(shù)的高新要求，而融入智能控制技術(shù)，可使其智能編程、監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建等目標(biāo)變?yōu)楝F(xiàn)實，其中借助模糊控制處理模糊問題用于優(yōu)化機(jī)械的加工過程，以及借助專家系統(tǒng)可用于解決不明確的結(jié)構(gòu)問題等已初見成效。

2.5.將智能控制應(yīng)用于機(jī)器人系統(tǒng)

機(jī)器人是一個充滿不確定性、非線性且十分復(fù)雜的系統(tǒng)，這顯然與智能控制特點相符，故將其應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域利于其自身優(yōu)勢的彰顯，但從某種意義上說，機(jī)器人更是驗證智能控制技術(shù)是否可行的試金石[4]。其應(yīng)用主要體現(xiàn)為：機(jī)器人軌跡規(guī)劃的智能控制策略主要采用了專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用于控制其傳感信息的融合、視覺處理、手臂姿態(tài)、主要動作等，其中在環(huán)境建模、自我定位、監(jiān)控檢測等方面已得到驗證，日后的研究重點在于使其速度、位置、等狀態(tài)變量趨于理想軌跡。

3.機(jī)電一體化中智能控制的發(fā)展趨勢

由上可知，專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制技術(shù)的應(yīng)用在機(jī)電一體化自身性能的完善、工作效率以及安全可靠程度的提高中發(fā)揮了不容忽視的效用，這是毋庸置疑的。但是在科技力量的推動下，機(jī)電一體化會不斷進(jìn)步和發(fā)展，到時其面臨的環(huán)境會隨之復(fù)雜，遇到的問題也會更多，若智能控制技術(shù)停滯不前。必將會慘遭淘汰，制約機(jī)電一體化的順利發(fā)展，這就要求我們切實做好下述工作。

3.1.探索更為科學(xué)的理論框架

現(xiàn)行的智能控制技術(shù)還存在亟待解決的難題，如局部與整體的隔開、微觀與宏觀的分離、應(yīng)用與理論的脫節(jié)等，可見人工智能控制研究所面臨的實際困難遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于預(yù)期設(shè)想，因此我們應(yīng)積極探索更新的理論架構(gòu)，如規(guī)范描述控制知識和系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)、完整的研究智能控制的動態(tài)性、魯棒性、穩(wěn)定性等，以此為大力發(fā)展智能控制技術(shù)奠定有力基礎(chǔ)[5]。

3.2.尋求更為廣闊的發(fā)展空間

智能控制技術(shù)若要取得質(zhì)的突破，就必須找到技術(shù)集成的新方法和新途徑，除了結(jié)合信息、控制、系統(tǒng)等理論外，還應(yīng)進(jìn)一步加大與計算機(jī)圖形學(xué)、過程控制、認(rèn)知科學(xué)、并行處理、機(jī)器人學(xué)等知識的融合力度，唯有如此，才會擁有更高的應(yīng)用價值；在此基礎(chǔ)上，研發(fā)更加完備、成熟、高效的應(yīng)用方法，其中軟件系統(tǒng)尤為關(guān)鍵，要求其可以科學(xué)合理的描述不同的控制過程，設(shè)計的程序語言既通用又具有獨立的任務(wù)等，而應(yīng)用方法則要注重強化對環(huán)境和傳感信息的解釋性能，改善模塊轉(zhuǎn)換、信息識別和處理能力，提高控制的實時性和運行的高效性等。

結(jié)束語：

總之，智能控制在機(jī)電一體化中的應(yīng)用有效解決了機(jī)械自動化運行這一傳統(tǒng)模式的缺陷和問題，促使控制水平、性能、效率均有顯著提高。雖然如此，其依然具有較大的提升空間，這就要求我們基于不斷的創(chuàng)新和實踐，積極尋求更為有效的智能控制技術(shù)和方法，以期使其性能更可靠、應(yīng)用更廣泛，進(jìn)而為機(jī)電一體化健康發(fā)展提供有力支持。

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[5] 李文悅.探討機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2012（25）.

作者簡介：

王靜靜（1986.11-）女。漢族，助教，大學(xué)本科學(xué)歷，湖北工業(yè)大學(xué)，研究方向：控制工程