智能控制及其在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

張五平

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的機電一體化技術(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)可以實現(xiàn)智能編程、智能監(jiān)控、建立智能數(shù)據(jù)庫等目標，運用智能控制技術(shù)可以實現(xiàn)這些目標。本文對智能控制及其在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了探討分析。

關(guān)鍵詞：智能控制；機電一體化；應(yīng)用

引言

智能控制，就是指在無人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)控制目標的自動控制技術(shù)，是用計算機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、運籌學(xué)及人工智能等內(nèi)容。機電一體化技術(shù)是指將機械技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)融合在一塊的并且用于實際的綜合技術(shù)。隨著機電一體化的發(fā)展，機電一體化系統(tǒng)對控制的技術(shù)水平要求越來越高，原來的控制技術(shù)已經(jīng)不能滿足機電一體化系統(tǒng)的要求，因此，人們開始將目光投向發(fā)展比較迅速的智能控制，期望通過智能控制，達到機電一體化系統(tǒng)的控制目的。因此，本文將分析智能控制的特點和主要方法，探討智能控制如何在機電一體化系統(tǒng)中得到應(yīng)用，從而更好地實現(xiàn)對機電一體化系統(tǒng)的控制。

一、智能控制在機電一體化系統(tǒng)中所起的作用

目前智能控制在機電一體系統(tǒng)中的一系列產(chǎn)品中都得到了廣泛應(yīng)用。智能控制在機械制造中所應(yīng)用到的領(lǐng)域主要有：智能傳感器與智能學(xué)習(xí)，機械制造系統(tǒng)的智能監(jiān)控和檢測以及機械故障智能診斷等。在機電一體化系統(tǒng)的深入發(fā)展過程中，對于數(shù)控技術(shù)也提出了更高的要求，智能控制在機電一體化系統(tǒng)數(shù)控技術(shù)中的應(yīng)用有助于及時準確的找出數(shù)控機械加工過程中的信息故障等問題，優(yōu)化了數(shù)控機械的加工過程。

隨著科技的進步，社會經(jīng)濟的發(fā)展，市場經(jīng)濟競爭也越發(fā)激烈，企業(yè)產(chǎn)品的性能成為了企業(yè)競爭的主要核心，而產(chǎn)品優(yōu)優(yōu)勝關(guān)鍵也在于機床的精度。與此同時生活水平的提升讓人們對于機器智能化效果的需求也越來越大。故此智能控制在機電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用有助于優(yōu)化產(chǎn)品的效能，提高機床的精度增強企業(yè)的競爭力，還能實現(xiàn)產(chǎn)品智能效果滿足人們以及社會發(fā)展的需求，智能控制在機電一體化系統(tǒng)中的融合發(fā)展，不僅給機電一體化系統(tǒng)的操作流程進行優(yōu)化調(diào)整的幫助，還可以大大的減少這一系統(tǒng)操作過程中的加工時間，進一步提高企業(yè)生產(chǎn)的工作效率。

二、智能控制在機電一體化系統(tǒng)中具體應(yīng)用

一是智能控制在機械制造過程中的應(yīng)用

機電一體化系統(tǒng)的機械制造需要向智能制造系統(tǒng)的方向發(fā)展，通過智能控制實現(xiàn)模擬專家智能活動，延伸或者取代部分的人腦勞動。在現(xiàn)代先進的機械制造系統(tǒng)中，智能控制能夠?qū)崿F(xiàn)用一些不完整或者精確的數(shù)據(jù)預(yù)測一些情況，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)對機械制造的過程實行動態(tài)的環(huán)境建模，通過傳感器融合技術(shù)綜合和預(yù)處理信息。智能控制還能夠通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別在線模式，對不完整的信息進行處理；通過模糊關(guān)系和集合的魯棒性，運用模糊信息控制動作。智能控制還可以用“Then-If”的逆向推理反饋，選擇比較令人滿意的控制參數(shù)和模式對控制機構(gòu)進行修改。

在機械制造領(lǐng)域，智能控制的應(yīng)用主要包括智能學(xué)習(xí)、機械故障的智能診斷、決策與預(yù)測、機械零部件的可靠性分析、機械零件的優(yōu)化設(shè)計、切削參數(shù)的優(yōu)化、制造系統(tǒng)監(jiān)控和智能檢測、加工過程控制和智能傳感器等方面。

二是智能控制在交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用

伺服驅(qū)動裝置是一種轉(zhuǎn)換部件和裝置，它能夠使電信號轉(zhuǎn)換為機械動作，并且決定著控制的功能和質(zhì)量以及系統(tǒng)的動態(tài)性能，它是機電一體化的重要的組成部分。智能控制中電力電子技術(shù)的發(fā)展能夠提高交流調(diào)速系統(tǒng)性能，實現(xiàn)直流的伺服系統(tǒng)向交流的伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。將智能控制引入交流伺服系統(tǒng)，能夠幫助交流伺服系統(tǒng)應(yīng)對比如負載擾動、參數(shù)時變、被控對象和交流電動機嚴重的非線性特性以及較強的耦合性這樣一些不確定的因素，幫助交流伺服系統(tǒng)通過不確定的模型獲得較滿意的PID參數(shù)，滿足系統(tǒng)的高性能指標要求。

常規(guī)的PID控制和智能控制技術(shù)相結(jié)合，能夠形成智能PID，方法就是通過非線性的控制方式將人工智能引入到控制器，使系統(tǒng)的控制性能更好，并且能夠不依賴控制器參數(shù)和精確的數(shù)學(xué)模型進行自動地調(diào)整，使得系統(tǒng)的適應(yīng)性增強。如果只運用智能控制中的模糊控制算法，那么也能夠提高交流伺服系統(tǒng)的靜態(tài)性能和動態(tài)響應(yīng)速度以及抗干擾能力，只是在自學(xué)習(xí)、自組織能力和抖振問題方面還存在著一些欠缺。因此，在交流伺服系統(tǒng)中還要用到智能控制中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，從而減小抖振問題。

三是智能控制在機器人領(lǐng)域的應(yīng)用

在動力學(xué)方面，機器人是非線性、時變和強耦合的；在控制參數(shù)方面，是多變量的；在傳感器信息上，是多信息的；在控制任務(wù)的要求方面，是多任務(wù)的，因此，從這些方面的分析可以得出智能控制非常適合運用于機器人領(lǐng)域。而且，目前在機器人領(lǐng)域也廣泛地使用到了智能控制技術(shù)，比如機器人地行走路徑規(guī)劃、機器人的定位和軌跡跟蹤、機器人的自主避障、機器人姿態(tài)控制等。在機器人領(lǐng)域，人們可以通過采用智能控制中的模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)技術(shù)進行環(huán)境建模和檢測、機器人定位、汽車柔性制造等。

為了提高機器人系統(tǒng)的適應(yīng)能力和魯棒性，人們可以綜合運用幾種智能控制技術(shù)，比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊控制相結(jié)合、變結(jié)構(gòu)控制和模糊控制相結(jié)合、專家系統(tǒng)控制和模糊控制相結(jié)合等。

四是智能控制在數(shù)控領(lǐng)域的應(yīng)用

目前，數(shù)控系統(tǒng)要求性能具有高可靠性、高精度和高速，還要具備擴展、延伸和模擬智能行為的很強的知識處理功能，比如制造網(wǎng)絡(luò)通信的能力、自學(xué)習(xí)和自組織的能力、感知加工環(huán)境能力、自規(guī)劃能力等等。其中有的功能能夠建立清晰的數(shù)學(xué)模型，但是有的功能不能夠建立數(shù)學(xué)模型，所以為了實現(xiàn)這些功能，在數(shù)控領(lǐng)域必須運用到智能控制。比如，運用模糊控制，可以優(yōu)化控制加工過程；運用模糊推理規(guī)劃，能夠診斷數(shù)控機床故障；運用模糊集合理論，可以調(diào)節(jié)和整定數(shù)控系統(tǒng)中的一些參數(shù)。

在數(shù)控領(lǐng)域，還可以利用遺傳進化算法，找到數(shù)控系統(tǒng)的最佳加工路徑；還可以運用智能控制中的預(yù)測和預(yù)算功能，在高速加工時加強對綜合運動的控制。

總結(jié)

智能控制技術(shù)在機電一體化中有著廣泛地使用，比如在數(shù)控領(lǐng)域、機器人領(lǐng)域、交流伺服系統(tǒng)領(lǐng)域和機器制造領(lǐng)域等。智能控制在機電一體化中有著很重要的作用，它能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的機械自動化技術(shù)無法實現(xiàn)的功能，使機電一體化系統(tǒng)更加完善。人們需要繼續(xù)努力，使得機電一體化朝著高度智能化的方向發(fā)展。

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（作者單位：浙江大華系統(tǒng)工程有限公司）