機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用

譚宏

摘要：隨著信息技術(shù)以及微電子技術(shù)的進(jìn)步，大規(guī)模集成電路已經(jīng)不能滿足人們的需求，超大規(guī)模集成電路自然應(yīng)運(yùn)而生。隨著超大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，機(jī)電一體化技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，在工業(yè)生產(chǎn)中表現(xiàn)出更加卓越的性能。在電氣工程高速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，機(jī)電一體化技術(shù)能夠從多方面滿足工程的效率需求和可靠性需求，首先機(jī)電一體化技術(shù)能夠減少工人操作的失誤，實(shí)現(xiàn)高精度生產(chǎn)，同時(shí)通過既定的設(shè)計(jì)能夠保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。故進(jìn)一步提高機(jī)電一體化中智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用水平，對(duì)促進(jìn)智能化生產(chǎn)具有極其重要的意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；智能控制；應(yīng)用

1.智能控制與傳統(tǒng)控制的區(qū)別

1.1 傳統(tǒng)的控制是通過不同的定理、定律來(lái)獲得所需的知識(shí)，而智能控制則通過對(duì)專家經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)從中獲取所需的知識(shí)。因?yàn)橹悄芸刂葡到y(tǒng)可以較好的運(yùn)用相關(guān)被控對(duì)象和人的控制策略和被控環(huán)境的知識(shí)，所以智能控制系統(tǒng)具有模擬或模仿人的智能。

1.2 傳統(tǒng)控制是把運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、傳遞函數(shù)、動(dòng)力學(xué)方程等數(shù)學(xué)模型作為描述系統(tǒng)的方法。相較而言，智能控制系統(tǒng)把對(duì)數(shù)學(xué)模型的描述、對(duì)符號(hào)和環(huán)境的識(shí)別以及數(shù)據(jù)庫(kù)和推力器的設(shè)計(jì)等方面設(shè)為重點(diǎn)。

1.3 傳統(tǒng)控制只是把線性的、單一的任務(wù)做為它的控制對(duì)象，與之相比，智能控制通常是將多層次的、有不確定性的模型、時(shí)變性、非線性等復(fù)雜任務(wù)作為主要控制對(duì)象，解決了傳統(tǒng)控制無(wú)法解決的問題。

1.4 傳統(tǒng)控制理論體系將反饋控制理論作為核心，而智能控制綜合了很多有關(guān)調(diào)控方式理論知識(shí)的學(xué)科，把人工智能、運(yùn)籌學(xué)、自動(dòng)控制理論、信息論的交叉部分作為它的基礎(chǔ)。

1.5 智能控制在傳統(tǒng)控制理論的基礎(chǔ)上進(jìn)行了延伸，發(fā)展出更高效的控制技術(shù)。智能控制運(yùn)用分布式及開放式結(jié)構(gòu)綜合、系統(tǒng)地進(jìn)行信息處理，想要的是系統(tǒng)做到統(tǒng)籌全局的整體優(yōu)化，并不只是簡(jiǎn)單的追求系統(tǒng)在某些方面的高度自治。

2 機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的作用

2.1 增加安全性

通過智能控制系統(tǒng)控制機(jī)電一體化系統(tǒng)僅需要操作員輸入指定命令即可，其余的一切操作則可通過智能控制系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境的變化進(jìn)行自行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，最大限度地保證機(jī)電一體化系統(tǒng)的安全性。通過智能控制系統(tǒng)能夠保證機(jī)械設(shè)備在人類無(wú)法到達(dá)的空間正常工作，比如月球探測(cè)器的控制。

2.2 提高工作效率

由操作員對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制，如遇到外部環(huán)境的變化，則需要操作員對(duì)環(huán)境變化進(jìn)行分析與計(jì)算，從而確定命令的改變，同時(shí)由于人類自身?xiàng)l件限制，使得操作精度具有一定的局限性，故在操作中還需要多次調(diào)整才能將機(jī)器調(diào)節(jié)至最佳工作狀態(tài)。而通過智能控制系統(tǒng)進(jìn)行操作的話則僅需一瞬間就能夠?qū)C(jī)器調(diào)節(jié)至最佳工作狀態(tài)，首先在感受外界環(huán)境變化上通過傳感器和控制芯片的作用即可在瞬間完成，同時(shí)由于超大規(guī)模集成電路具有超強(qiáng)的計(jì)算性能，使得極短時(shí)間即可確定操作指令，并不需要調(diào)整過程即能使機(jī)械設(shè)備直接符合控制命令的要求，故能夠大幅度提高工作效率。

2.3 兩者相互完善

目前機(jī)械工業(yè)的發(fā)展方向就是與智能控制相結(jié)合，與傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制相比較，通過微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械工業(yè)的自動(dòng)化控制能夠更加完善機(jī)電一體化系統(tǒng)。通過智能控制系統(tǒng)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用能夠使機(jī)電一體化系統(tǒng)無(wú)需分析中間模型，從而根據(jù)變化直接形成命令信號(hào)，最終在運(yùn)算器和控制器的作用下實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)快速、高效的完成工作。

3 機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用在機(jī)械制造中

將智能控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)最先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)，這樣可以確保機(jī)械制造技術(shù)向著智能機(jī)械制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。將智能控制技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械制作中，最終可以利用計(jì)算機(jī)來(lái)替代人類的很多腦力活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)其發(fā)展的最終目標(biāo)，通過這樣的智能控制技術(shù)可以有效對(duì)人類的機(jī)械制造技術(shù)活動(dòng)進(jìn)行模擬。另外，使用智能控制技術(shù)可以有效對(duì)機(jī)械制造現(xiàn)狀進(jìn)行動(dòng)態(tài)的模擬，并可以對(duì)信息通過傳感器融合技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制模式中的各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)的有效控制，并對(duì)其進(jìn)合理的預(yù)處理修改。當(dāng)前，智能控制技術(shù)主要應(yīng)用在智能傳感器和機(jī)械故障的智能診斷等方面。

3.2 在交流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

伺服驅(qū)動(dòng)裝置是機(jī)電一體化重要組成部分，對(duì)控制質(zhì)量、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和功能有很大的作用。交流伺服系統(tǒng)非常復(fù)雜，跟著負(fù)載的擾動(dòng)其參數(shù)可以隨時(shí)變動(dòng)，再加上許多的不確定因素，建立精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型是一項(xiàng)很難得任務(wù)。所以，要在交流伺服系統(tǒng)中運(yùn)用智能控制，爭(zhēng)取獲得更高的性能指標(biāo)。

3.3 數(shù)控領(lǐng)域智能控制的應(yīng)用

就數(shù)控領(lǐng)域而言，不僅需要保障智能控制具有較高的性能，還需要對(duì)處理功能進(jìn)行延伸和模擬。如加工運(yùn)動(dòng)推理、決策加工環(huán)境的感知能力等等。把經(jīng)典控制論使用于控制之中，要是遇到的信息不清楚，或者建模環(huán)節(jié)無(wú)法進(jìn)行，那么把智能控制思想引入其中，對(duì)比經(jīng)典控制理論，大大擴(kuò)展了智能控制的范圍并提升控制效果，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制加工的過程。

3.4 智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著目前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的人致力于研究機(jī)器人這項(xiàng)未來(lái)發(fā)展技術(shù)。各類高校、企業(yè)等等都可能舉辦過大大小小的機(jī)器人大賽，參賽人員對(duì)機(jī)器人設(shè)置程序編輯，使其能夠和人類一樣完成指定的工作，甚至在同一時(shí)間內(nèi)可以完成比人類多好多的工作。當(dāng)然機(jī)器人可以算是一個(gè)智能化的人類，它可以具有很強(qiáng)的計(jì)算能力、語(yǔ)言能力、執(zhí)行能力、辨識(shí)能力等，這一切都離不開人類對(duì)智能控制技術(shù)的充分理解和運(yùn)用，他們就是將機(jī)電一體化與智能控制技術(shù)相結(jié)合，利用智能控制技術(shù)將機(jī)器人的視覺系統(tǒng)與傳感器相連接。這一技術(shù)使得機(jī)器人在運(yùn)行移動(dòng)中能夠根據(jù)傳感器的感應(yīng)自動(dòng)繞過障礙物；在進(jìn)行作業(yè)的時(shí)候能夠根據(jù)自己的規(guī)劃路線進(jìn)行工作等等一系列功能。機(jī)器人的發(fā)明在很大程度上解決了工作勞動(dòng)力較大、效率低、精確度低的問題。

4.智能控制在機(jī)電一體化中的效果

機(jī)電一體化是推動(dòng)工業(yè)現(xiàn)代化的重要技術(shù)?！爸悄芑弊鳛楫?dāng)代科技的趨勢(shì)所在，因此智能控制在機(jī)電一體化中的作用不可估量，智能控制應(yīng)用于機(jī)電一體化中有以下幾點(diǎn)作用：優(yōu)化效能：多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)用的是模塊化設(shè)計(jì)的思路和方式，有著較為廣闊的功能涉及面，裁剪性也非常好。如果是群控系統(tǒng)，對(duì)于相同的群控系統(tǒng)完全可以借助各種操作流程，進(jìn)而保證系統(tǒng)的調(diào)整能夠符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求；提高精度：精度對(duì)于數(shù)控機(jī)床而言是衡量機(jī)電一體化制造技術(shù)的重要指標(biāo)，直接影響著產(chǎn)品加工成品率的高低。與舊的設(shè)備相比，智能數(shù)控系統(tǒng)融合了高速CPU芯片、多CPU控制系統(tǒng)、RISC芯片與交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，促使機(jī)床的精度得以大大的提高；程序控制：操作程序是系統(tǒng)運(yùn)行的主要指令，根據(jù)加工產(chǎn)品的尺寸、精度來(lái)編制操作程序才能使產(chǎn)品加工后達(dá)到智能效果；改進(jìn)加工：智能控制方式的運(yùn)用可以縮短加工時(shí)間、優(yōu)化操作流程。實(shí)現(xiàn)了復(fù)合加工的效果，數(shù)控機(jī)床通過智能控制滿足了多軸、多控制加工的需要，可以有效地減少人工操作次數(shù)，加工程序得到了優(yōu)化和改進(jìn)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前，機(jī)電一體化已經(jīng)覆蓋了多個(gè)領(lǐng)域，促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)不斷進(jìn)步。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(duì)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(lái)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(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境，為此，智能控制在機(jī)電一體化方面的應(yīng)用越來(lái)越受到人們的重視。

參考文獻(xiàn)

[1]李春雨.機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].工程技術(shù)研究，2016（7）：64-65.

[2]任炯.機(jī)電一體化在智能制造中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2017，48（2）：109

（作者單位：朝陽(yáng)市自來(lái)水有限責(zé)任公司）