淺談智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

魏軍濤

（身份證號：130124198003070015）

淺談智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

魏軍濤

（身份證號：130124198003070015）

本文從智能系統(tǒng)與機(jī)電一體化的角度出發(fā)，研究機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用。

機(jī)電一體化；智能控制；應(yīng)用；研究

1 關(guān)于機(jī)電一體化的概述

1.1 機(jī)電一體化的含義

所謂機(jī)電一體化，又稱機(jī)械電子學(xué)，是指將電工電子技術(shù)、信息技術(shù)、接口技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號變換技術(shù)等多支技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)生活中去的一項(xiàng)綜合性的技術(shù)。

1.2 機(jī)電一體化的基本內(nèi)容與組成要素及原則

機(jī)電一體化的基本內(nèi)容包括以下幾個方面：①機(jī)械技術(shù)；②計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)；③系統(tǒng)技術(shù)；④自動控制技術(shù)；⑤傳感檢測技術(shù)；⑥伺服傳動技術(shù)。機(jī)電一體化的組成要素包括：①結(jié)構(gòu)組成要素；②運(yùn)動組成要素；③感知組成要素；④職能組成要素。機(jī)電一體化的四大原則包括：①結(jié)構(gòu)耦合；②運(yùn)動傳遞；③信息控制；④能量轉(zhuǎn)換。

2 關(guān)于智能控制

2.1 智能控制的含義

所謂智能控制，就是指在無人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的自動控制技術(shù)，是用計(jì)算機(jī)模擬人類智能的一個重要領(lǐng)域，主要面向比傳統(tǒng)控制更為復(fù)雜、多樣的控制任務(wù)和控制目的，為當(dāng)今社會的發(fā)展帶來了更為廣泛的適應(yīng)空間，解決了傳統(tǒng)控制無法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜系統(tǒng)的控制。傳統(tǒng)的控制只是智能控制中的一個組成部分，是智能控制最底層的階段。智能控制是由多個學(xué)科相互交叉所形成的學(xué)科，它的理論基礎(chǔ)包括信息論、自動控制論、運(yùn)籌學(xué)及人工智能等內(nèi)容。

2.2 智能控制的特征

智能控制具有以下特征：①智能控制的核心在高層控制，即組織級；②智能控制器具有非線性特性；③智能控制具有變結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；④智能控制器具有總體自尋優(yōu)特性；⑤智能控制系統(tǒng)應(yīng)能滿足多樣性目標(biāo)的高性能要求；⑥智能控制是一門邊緣交叉學(xué)科；⑦智能控制是一個新興的研究領(lǐng)域。

2.3 智能控制的類型

①集成或者混合（復(fù)合）控制；②分級遞階控制系統(tǒng)；③專家控制系統(tǒng)（ExpertSystem）；④人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；⑤學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)；⑥進(jìn)化計(jì)算與遺傳算法；⑦組合智能控制方法等。

2.4 智能控制發(fā)展的趨勢

智能控制系統(tǒng)具有極強(qiáng)的學(xué)習(xí)功能、組織功能及適應(yīng)性功能，其在機(jī)電一體化方面的廣泛應(yīng)用是當(dāng)前智能控制的一大發(fā)展趨勢。遺傳算法、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的最常見的四種技術(shù)，它們之間存在著相互依存、相輔相成的關(guān)系。

3 智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

從20世紀(jì)90年代后期，機(jī)電一體化技術(shù)向智能控制發(fā)展，開辟了機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的新篇章。機(jī)電一體化的未來發(fā)展必將是以智能化作為主要方向，智能控制的優(yōu)劣直接決定機(jī)電一體化系統(tǒng)的整體水平。

3.1 智能控制在機(jī)械制造過程中的應(yīng)用

機(jī)械制造是機(jī)電一體化系統(tǒng)中的重要組成部分，當(dāng)前最先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)就是將智能控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有機(jī)結(jié)合，向智能機(jī)械制造技術(shù)的方向發(fā)展。其最終目標(biāo)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)取代一部分腦力勞動，從而模擬人類制造機(jī)械的活動。同時(shí)，智能控制技術(shù)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)計(jì)算的方法對機(jī)械制造的現(xiàn)狀進(jìn)行動態(tài)地模擬，通過傳感器融合技術(shù)將采集的信息進(jìn)行預(yù)處理，從而修改控制模式中的參數(shù)數(shù)據(jù)。

3.2 智能控制在數(shù)控領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展對數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求，不僅需要完成很多的智能功能，還需要擴(kuò)展、模擬、延伸等新的智能功能，從而使得數(shù)控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)智能編程、智能監(jiān)控、建立智能數(shù)據(jù)庫等目標(biāo)，運(yùn)用智能控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。

3.3 智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用

機(jī)器人所具有非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)變性的特征主要體現(xiàn)在動力系統(tǒng)中，在控制參數(shù)的系統(tǒng)中機(jī)器人具有多任務(wù)及多邊變性的特征，這些特征適合智能控制技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)前智能控制技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①機(jī)器人手臂姿態(tài)及動作的智能控制；②機(jī)器人在多傳感器信息融合與視覺處理方面的智能控制；③機(jī)器人在行走路徑與行走軌跡跟蹤方面的智能控制；④通過專家控制系統(tǒng)對機(jī)器人的運(yùn)動環(huán)境進(jìn)行定位、監(jiān)測、建模及規(guī)劃控制等方面的探究。

3.4 智能控制在建筑工程中的應(yīng)用

智能控制在建筑工程中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①智能控制在建筑物照明系統(tǒng)中的應(yīng)用，它主要通過通信與計(jì)算機(jī)控制的聯(lián)網(wǎng)，對每一個時(shí)段的照明系統(tǒng)進(jìn)行控制，主要表現(xiàn)在對照明時(shí)間、照明系統(tǒng)的節(jié)能、照明邏輯方面的智能控制；②對建筑物內(nèi)的空調(diào)進(jìn)行智能控制，通過比例積分調(diào)節(jié)器閉環(huán)的方式對空調(diào)在夏季與冬季使用時(shí)的模式進(jìn)行設(shè)置，可以智能地調(diào)節(jié)空調(diào)的風(fēng)閥，在確保建筑內(nèi)空氣質(zhì)量的同時(shí)，減少能量的浪費(fèi)。

4 結(jié)語

隨著微電子技術(shù)及超大規(guī)模的集成電路的發(fā)展，我國的機(jī)電一體化技術(shù)越來越成熟，在工業(yè)與農(nóng)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但在實(shí)際的生活中，很多機(jī)電一體化應(yīng)用中的農(nóng)業(yè)與工業(yè)對象具有多層次、不確定性、非線性等特征，給機(jī)電一體化的發(fā)展帶來了很大的難題。智能控制系統(tǒng)的出現(xiàn)及應(yīng)用，為機(jī)電一體化的長遠(yuǎn)發(fā)展創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境。因此，智能控制在機(jī)電一體化方面的應(yīng)用越來越受到人們的重視。

TH-39

A

1673-0038（2015）33-0245-01

2015-7-20