粉末冶金技術(shù)中智能控制的應(yīng)用

向 丹

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014000）

粉末冶金工藝過(guò)程的自動(dòng)化和智能化是未來(lái)粉末冶金技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。但粉末冶金過(guò)程是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，各工藝的參數(shù)系統(tǒng)具有時(shí)變、非線性及干擾因素較多等特點(diǎn)，很難建立起精確的數(shù)學(xué)模型。而經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論都以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，難以對(duì)整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制或控制效果不佳。而智能控制系統(tǒng)不完全依賴(lài)于受控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，主要利用人們的操作經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和推理技術(shù)以及控制系統(tǒng)的某些信息和性能做出相應(yīng)的控制動(dòng)作。這種控制系統(tǒng)作為一種通過(guò)定性與定量相結(jié)合的綜合集成方法，是人工智能和控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，能夠針對(duì)系統(tǒng)環(huán)境和任務(wù)的復(fù)雜性、模糊性、不確定性、非線性過(guò)程或者對(duì)象的控制中。所以在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊控制等智能控制理論在粉末冶金過(guò)程控制中應(yīng)用的研究日益受到重視。

1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在粉末冶金中應(yīng)用分析

1.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

其主要就是以真實(shí)的人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)中不同特征理論抽象、簡(jiǎn)化所建立的信息處理系統(tǒng)。對(duì)于分布式并行的處理技術(shù)，其神經(jīng)計(jì)算機(jī)和當(dāng)前數(shù)字計(jì)算機(jī)都得到良好的運(yùn)用。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，有效地解決了很多的問(wèn)題，而且也被有效的運(yùn)用在解決專(zhuān)家系統(tǒng)以及統(tǒng)計(jì)分析中難以解決的問(wèn)題當(dāng)中，而且也在貸款風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估領(lǐng)域、股票和市場(chǎng)分析以及化工過(guò)程控制等領(lǐng)域被有效的運(yùn)用開(kāi)來(lái)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要特征就是：分布存儲(chǔ)與容錯(cuò)性，因一信息并不是只存儲(chǔ)在一個(gè)地方，是根據(jù)內(nèi)容分布網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的。各個(gè)神經(jīng)元能存儲(chǔ)很多信息中部分內(nèi)容，其網(wǎng)絡(luò)每部分對(duì)于信息存儲(chǔ)也有一定的等勢(shì)作用。而且還具有規(guī)模并行的處理特點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中信息處理屬于在大量單元并行的情況下開(kāi)展的，所以運(yùn)算速度相對(duì)較快的。而且也具有自組織、自學(xué)習(xí)以及自適應(yīng)的特點(diǎn)。因神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)屬于變結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，可以對(duì)環(huán)境的變化進(jìn)行更好的適應(yīng)，也能學(xué)習(xí)外界的事物，而且在神經(jīng)元間連接也有可塑性的特點(diǎn)，通過(guò)訓(xùn)練以及學(xué)習(xí)進(jìn)行自主組織，從而更好的適應(yīng)和滿足不同信息的處理要求。

1.2 在粉末冶金中應(yīng)用分析

有效的將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運(yùn)用在粉末冶金中，主要就是將其運(yùn)用在粉末冶金的建模、預(yù)測(cè)和控制等工作當(dāng)中，以建立粉末成分、球磨的時(shí)間以及燒結(jié)溫度等參數(shù)間關(guān)系，并運(yùn)用在相應(yīng)的設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)確定中。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家通過(guò)研究，可以看出粉末冶金常見(jiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是BP網(wǎng)絡(luò)。

首先，粉體制備和粉末粒度的分布，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用在粉末粒度分布測(cè)量當(dāng)中，通過(guò)將其和光對(duì)于不同尺寸的粒子散射的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合，針對(duì)不同形狀、尺寸的粒子能夠得到符合的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該形式不用到現(xiàn)場(chǎng)取樣以及測(cè)量，能夠有效滿足生產(chǎn)中對(duì)于粉末粒度在線監(jiān)測(cè)的要求。而運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)明確控制劑加入量的參數(shù)以及球磨后粉末平均的粒度間關(guān)系。

其次，材料的成分設(shè)計(jì)以及性能。對(duì)于粉末冶金制品的性能參數(shù)帶來(lái)影響的主要因素就包括壓制壓力、燒結(jié)氣氛以及燒結(jié)溫度和物理性能等因素，其相互間不是簡(jiǎn)單地線性的關(guān)系，但是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠有效地開(kāi)展多元輸入與出間等復(fù)雜非線性關(guān)系的分析工作。通過(guò)有效地運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)建立有效地生產(chǎn)咨詢(xún)系統(tǒng)，其能夠在生產(chǎn)前的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)運(yùn)用工藝基本條件以及臨界條件等設(shè)計(jì)成分，防止出現(xiàn)多次重復(fù)的設(shè)計(jì)以及購(gòu)買(mǎi)的現(xiàn)象。在成分設(shè)計(jì)中，可以明確生產(chǎn)工藝，降低設(shè)計(jì)周期，對(duì)策該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)降低生產(chǎn)成本以及提升生產(chǎn)效率的優(yōu)勢(shì)。

2 專(zhuān)家系統(tǒng)應(yīng)用在粉末冶金當(dāng)中

該系統(tǒng)也叫做基于知識(shí)的系統(tǒng)體系，屬于人工智能中一領(lǐng)域，更是人工智能向?qū)嵱没己冒l(fā)展的體現(xiàn)，專(zhuān)家系統(tǒng)通過(guò)將規(guī)則為基礎(chǔ)，將問(wèn)題求解視為中心，主要包括知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)以及綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，還有解釋接口、知識(shí)獲取等部分。實(shí)質(zhì)就在于具有智能特點(diǎn)地計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以有效地在特定領(lǐng)域當(dāng)中，有效地模仿人的思維去解決一些復(fù)雜的問(wèn)題，具備的啟發(fā)性以及靈活性等特點(diǎn)，能夠進(jìn)一步提升其性能。專(zhuān)家系統(tǒng)雖然是以知識(shí)為主要基礎(chǔ)，可是其在解決問(wèn)題中，能力與知識(shí)廣博卻超出人類(lèi)專(zhuān)家能力，其高性能、實(shí)用性等也逐漸被人們所重視起來(lái)。而且該系統(tǒng)也被滲透到很多領(lǐng)域當(dāng)中，為各領(lǐng)域的穩(wěn)定發(fā)展提供了有利的條件。

針對(duì)我國(guó)相關(guān)學(xué)者研究與分析，通過(guò)開(kāi)發(fā)對(duì)燒結(jié)礦燒結(jié)過(guò)程建立控制專(zhuān)家系統(tǒng)。該系統(tǒng)雖然不是為粉末冶金工藝設(shè)計(jì)的技術(shù)，但因上述過(guò)程和粉末冶金工藝有很多相似處，因此可以有效解決以上系統(tǒng)開(kāi)發(fā)形式，能夠更為有效地開(kāi)發(fā)出適合運(yùn)用在粉末冶金工藝中的專(zhuān)家系統(tǒng)，以此為粉末冶金領(lǐng)域穩(wěn)定發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 模糊控制在粉末冶金中的有效運(yùn)用

其本質(zhì)就在于將人操作經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用模糊關(guān)系進(jìn)行表現(xiàn)，運(yùn)用模糊推理以及決策形式針對(duì)復(fù)雜過(guò)程對(duì)象開(kāi)展更為合理地控制。其有著不依賴(lài)在被控制的對(duì)象模型以及魯棒性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，其能夠?yàn)殡S機(jī)、非線性以及不確定的系統(tǒng)控制帶來(lái)有利的條件。其特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)。

首先，針對(duì)難以用數(shù)學(xué)形式所表達(dá)的內(nèi)部關(guān)系以及表達(dá)起來(lái)比較復(fù)雜的，甚至是不能運(yùn)用一般的控制理論來(lái)開(kāi)展控制設(shè)備和工藝參數(shù)的，通過(guò)在實(shí)踐以及實(shí)驗(yàn)當(dāng)中積累，它們有相關(guān)知識(shí)，因此就應(yīng)有效地運(yùn)用模糊控制法開(kāi)展相應(yīng)的控制。

其次，針對(duì)不會(huì)運(yùn)用模糊理論的人來(lái)說(shuō)，不會(huì)妨礙其對(duì)模糊控制技術(shù)進(jìn)行了解。

再次，對(duì)于經(jīng)模糊控制設(shè)備來(lái)說(shuō)，能夠讓一般工人在生產(chǎn)中，生產(chǎn)數(shù)高質(zhì)量產(chǎn)品?？梢杂行У?cái)[脫對(duì)于操作技能的依賴(lài)。最后，針對(duì)各類(lèi)型傳感器為檢出信號(hào)手段，和模糊控制進(jìn)行結(jié)合，能夠建立有視覺(jué)功能的智能機(jī)器人，為各項(xiàng)工作開(kāi)展提供有利保障。

針對(duì)模糊控制在實(shí)際的焊接和及軋制工作中，是運(yùn)用較多的，但在粉末冶金中的應(yīng)用卻比較少。針對(duì)注射成形中開(kāi)展分析，其注射速度是被控制的量，而注射機(jī)液壓系統(tǒng)伺服閥輸入電流是控制量，運(yùn)用反饋控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行模糊控制器設(shè)計(jì)，能夠有效地控制注射機(jī)，讓注射速度會(huì)根據(jù)需要的曲線發(fā)生變化，由此確保制品加工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 未來(lái)展望以及結(jié)論

對(duì)于智能控制在粉末冶金中的應(yīng)用，雖然相對(duì)較為廣泛，可是系統(tǒng)性應(yīng)用還是需要進(jìn)一步提升。加之專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等都具有不同的缺點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，針對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分布式存蓄信息，有自組織、自學(xué)習(xí)的能力，可是也要進(jìn)一步提升其學(xué)習(xí)的速度，要杜絕局部最優(yōu)，應(yīng)注重全局最優(yōu)。

專(zhuān)家系統(tǒng)是比較善于運(yùn)用在邏輯性推理中的，可是學(xué)習(xí)也是相對(duì)較慢的，因此要注重滿足快速時(shí)變系統(tǒng)的要求。對(duì)于模糊控制是常運(yùn)用在模糊信息處理以及決策當(dāng)中，可是復(fù)雜對(duì)象控制精度卻有待提升。在智能控制研究進(jìn)一步深入的環(huán)境下，其不同的技術(shù)與系統(tǒng)應(yīng)注重相互融合與滲透，而且智能控制技術(shù)運(yùn)用在粉末冶金中也應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，由此更好地發(fā)揮智能控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，為粉末冶金工作有效癌癥奠定堅(jiān)實(shí)有利的基礎(chǔ)。

隨著智能網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用及研究的不斷深入，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊控制已經(jīng)開(kāi)始相互滲透結(jié)合，智能控制技術(shù)在粉末冶金中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。將專(zhuān)家系統(tǒng)作為自適應(yīng)單元，把模糊計(jì)算作為決策單元而把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為補(bǔ)償單元是目前智能控制發(fā)展最有潛力的方法，這將使得控制系統(tǒng)具有更強(qiáng)的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自組織和更好的控制品質(zhì)。因此，如何將三者有效的結(jié)合起來(lái)以實(shí)現(xiàn)粉末冶金過(guò)程的監(jiān)測(cè)和控制是今后研究的重要方向。