智能控制技術(shù)在機(jī)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

孟海辛

（兗煤藍(lán)天清潔能源有限公司，山東鄒城 273500）

0 引言

隨著社會(huì)的持續(xù)發(fā)展、智能化技術(shù)水平日益提升，智能控制技術(shù)在人們生產(chǎn)與生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。對(duì)于機(jī)電控制系統(tǒng)而言，智能控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的需要。在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中，由于缺少智能控制技術(shù)，難以有效控制生產(chǎn)過(guò)程中的運(yùn)行機(jī)理，從而導(dǎo)致一些缺陷的形成。

當(dāng)前，機(jī)電設(shè)備逐步向電子自動(dòng)化方向發(fā)展，生產(chǎn)過(guò)程中逐步應(yīng)用大規(guī)模集成電路，機(jī)電控制系統(tǒng)日益進(jìn)步與成熟。為此，應(yīng)注重機(jī)電控制系統(tǒng)的更新、完善，有效統(tǒng)一新型技術(shù)與機(jī)電控制系統(tǒng)，從而提高生產(chǎn)力水平。下面，將對(duì)智能控制技術(shù)在機(jī)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1 智能控制技術(shù)以及機(jī)電控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 智能控制技術(shù)的簡(jiǎn)要介紹

智能控制技術(shù)，也就是結(jié)合計(jì)算機(jī)編制程序或模擬人腦進(jìn)行智能控制。智能控制系統(tǒng)有比較復(fù)雜的組成部分，涵蓋集成操控、分級(jí)梯階操控、專家操控等，系統(tǒng)整體具備顯著的邊緣滲透性、新興性、組織性以及變構(gòu)造性等一系列特點(diǎn)。在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的社會(huì)形勢(shì)下，智能控制技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)是效率高，因此得以普遍應(yīng)用，這奠定了工業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。將智能控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電控制系統(tǒng)，可以高質(zhì)量、高效率地進(jìn)行人工操作難以實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，還能降低危險(xiǎn)性、減小人力成本、簡(jiǎn)化程序等。

1.2 機(jī)電控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)要介紹

機(jī)電一體化是機(jī)電控制系統(tǒng)的必然發(fā)展趨勢(shì)和方向，也就是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與智能化的機(jī)電控制系統(tǒng)，有效體現(xiàn)計(jì)算機(jī)信息處理的作用、可控驅(qū)動(dòng)原件的特色，大大提升機(jī)械產(chǎn)品的功能性。日益發(fā)展的機(jī)電控制系統(tǒng)與不斷提高的科學(xué)技術(shù)之間聯(lián)系十分密切，機(jī)電控制一體化的進(jìn)步也得益于通信技術(shù)、光纖技術(shù)的不斷發(fā)展。

2 智能控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

2.1 智能控制技術(shù)與傳統(tǒng)控制技術(shù)的不同之處

（1）相較于傳統(tǒng)的控制技術(shù)，可以說(shuō)智能控制技術(shù)是一種高級(jí)發(fā)展階段。在各個(gè)領(lǐng)域生產(chǎn)工業(yè)底層具體應(yīng)用傳統(tǒng)控制技術(shù)，主要是完成重復(fù)性、簡(jiǎn)單的機(jī)械工作，切實(shí)達(dá)到代替人力的目標(biāo)。智能控制技術(shù)立足于傳統(tǒng)的控制技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)使智能化標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。智能控制技術(shù)具備多變性以及開(kāi)放性的結(jié)構(gòu)，具備較強(qiáng)的學(xué)習(xí)、信息系統(tǒng)處理、組織控制能力。

（2）兩者的任務(wù)目標(biāo)與控制對(duì)象不同。高級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是智能控制技術(shù)的實(shí)際控制對(duì)象，智能控制技術(shù)結(jié)合復(fù)雜的程序系統(tǒng)，其實(shí)際的任務(wù)和目標(biāo)是做好控制系統(tǒng)不確定性、多功能性，以及非線性等若干的智能控制命令。而傳統(tǒng)的控制技術(shù)通常在確定性、線性的控制對(duì)象中進(jìn)行應(yīng)用。

（3）兩者的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)有不同之處。對(duì)于設(shè)計(jì)的智能控制技術(shù)而言，其關(guān)鍵在于準(zhǔn)確地識(shí)別和描述各種任務(wù)目標(biāo)和控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，并且根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)和程序代碼發(fā)出控制命令，完成任務(wù)與實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。例如，根據(jù)數(shù)學(xué)函數(shù)（動(dòng)力學(xué)方程和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程）作為控制操作對(duì)象的傳統(tǒng)控制技術(shù)，可以完成單一任務(wù)與實(shí)現(xiàn)單一目標(biāo)；根據(jù)開(kāi)閉環(huán)結(jié)構(gòu)，實(shí)施定性和定量的決策以及控制方式，即使多模型以及多狀態(tài)控制模式實(shí)現(xiàn)。

（4）兩者學(xué)習(xí)方式存在不同之處。傳統(tǒng)控制技術(shù)僅僅以單一命令實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的目標(biāo)，而具備智能化應(yīng)用效果的智能控制技術(shù)能夠全面使用控制環(huán)境、控制對(duì)象狀態(tài)、控制決策等一系列的知識(shí)。

2.2 智能控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

雖然國(guó)內(nèi)已經(jīng)建構(gòu)智能控制技術(shù)的基本思路與架構(gòu)，但是學(xué)習(xí)和推廣技術(shù)及理論的時(shí)間不長(zhǎng)，為此，只有以科學(xué)、嚴(yán)格的理論作為引導(dǎo)，才可以在生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)的數(shù)學(xué)模型較為復(fù)雜且較難建構(gòu)，因此具備尤為嚴(yán)格的控制策略與方式要求。換言之，只有清楚控制目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化，才能較易實(shí)現(xiàn)智能控制的目標(biāo)。為此，其中涵蓋復(fù)雜化與簡(jiǎn)單化相矛盾的問(wèn)題：立足于簡(jiǎn)單的使用對(duì)象，逐步使其向復(fù)雜系統(tǒng)領(lǐng)域過(guò)渡，可是在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，也應(yīng)注重設(shè)計(jì)形式的簡(jiǎn)化，即優(yōu)化設(shè)計(jì)，以使控制器便捷性的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。目前，社會(huì)需求的智能控制即簡(jiǎn)化越來(lái)越復(fù)雜的系統(tǒng)，要想結(jié)合簡(jiǎn)單的外部操作對(duì)復(fù)雜內(nèi)部系統(tǒng)予以控制，不僅需要分析與探索傳統(tǒng)的控制理論，還應(yīng)盡可能地使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化，且實(shí)現(xiàn)理想的控制效果，并非由于注重前沿技術(shù)而肆意應(yīng)用一系列智能控制方式?；谏鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)進(jìn)步，各項(xiàng)工業(yè)日益普遍地應(yīng)用智能控制技術(shù)，從而推動(dòng)機(jī)電控制系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。

3 智能控制技術(shù)在機(jī)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 在工程機(jī)械中的應(yīng)用分析

因?yàn)椴煌目刂茖?duì)象，造成了工程機(jī)械的運(yùn)行方式不同，如果缺少智能控制技術(shù)，控制對(duì)象不同時(shí)應(yīng)對(duì)適宜的操作模式進(jìn)行重新匹配，這樣將使工作效率降低。然而，應(yīng)用智能控制技術(shù)可以有效處理這種情況，智能控制技術(shù)可以結(jié)合各種控制對(duì)象對(duì)最為適宜的操作模式予以迅速匹配，進(jìn)而使工程機(jī)械運(yùn)行效率提升。機(jī)械控制的過(guò)程較為復(fù)雜，像是運(yùn)行過(guò)程中的壓路機(jī)要求工作質(zhì)量與工作效率的提升，可是對(duì)于實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的挖掘機(jī)而言，其要求具備高效的環(huán)保節(jié)能能力與控制能力。因此，針對(duì)工程機(jī)械的不同，應(yīng)注重區(qū)分開(kāi)來(lái)，結(jié)合智能控制技術(shù)實(shí)施異樣的操作方式。

3.2 在數(shù)控領(lǐng)域中的應(yīng)用分析

評(píng)價(jià)數(shù)控機(jī)床的一項(xiàng)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)在于精度。之前的數(shù)控機(jī)床設(shè)備不能夠提高機(jī)床的精度，而智能控制技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⒍鄠€(gè)CPU（Central Processing Unit，中央處理器）控制系統(tǒng)及RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡(jiǎn)指令計(jì)算機(jī)）芯片增加于數(shù)控系統(tǒng)中，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床精度的顯著提高。在初期設(shè)計(jì)數(shù)控系統(tǒng)時(shí)，模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用較多。這種模式的特點(diǎn)是具備較普遍的應(yīng)用領(lǐng)域與非常強(qiáng)的裁剪作用，可以實(shí)現(xiàn)各種機(jī)電一體化的生產(chǎn)需要。能夠根據(jù)相似或一致的群控系統(tǒng)中的操作程序評(píng)價(jià)群控系統(tǒng)控制效果調(diào)整的合理性。系統(tǒng)的操作程序是確保順利運(yùn)行的關(guān)鍵指令，待加工產(chǎn)品的精度與尺寸是編程的根據(jù)來(lái)源，在初期有效地設(shè)計(jì)一系列數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)，可以確保制作的成品實(shí)現(xiàn)理想的智能化效果。在數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行中應(yīng)用智能控制技術(shù)，不再過(guò)于依賴人工，僅僅要求以操作程序?yàn)楹诵挠心康男院歪槍?duì)性地調(diào)試機(jī)器設(shè)備，這樣一來(lái)，可以更加順利地進(jìn)行加工。

3.3 在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用分析

智能機(jī)器人的顯著特色是強(qiáng)耦合性、非線性、生產(chǎn)效率高、時(shí)變性等，在當(dāng)前時(shí)期，工業(yè)以后的主導(dǎo)發(fā)展趨勢(shì)之一是制造智能機(jī)器人，機(jī)器人領(lǐng)域也逐步廣泛地應(yīng)用智能控制技術(shù)。這主要表現(xiàn)為下面4 點(diǎn)：①很好地控制機(jī)器人多傳感器、視覺(jué)處理，智能控制機(jī)器人的傳感器與視覺(jué)處理可以尤為迅速、精準(zhǔn)地傳達(dá)、處理、接收信號(hào)；②智能控制機(jī)器人的行走，在應(yīng)用智能技術(shù)后，能夠動(dòng)態(tài)化、實(shí)效性控制機(jī)器人的運(yùn)行軌跡與路線，確保機(jī)器人尤為精準(zhǔn)地貫徹實(shí)施下達(dá)的操作；③控制機(jī)器人的運(yùn)行環(huán)境，通過(guò)智能控制技術(shù)在很好地處理模糊控制系統(tǒng)以及專家控制系統(tǒng)之后，可以有效地控制及規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的運(yùn)行環(huán)境，建構(gòu)模型，實(shí)時(shí)監(jiān)控與準(zhǔn)確定位機(jī)器人；④控制機(jī)器人的動(dòng)作姿態(tài)，基于智能控制技術(shù)的應(yīng)用下，可以提高機(jī)器人手臂變動(dòng)與姿態(tài)演示的協(xié)調(diào)性，具備更強(qiáng)的規(guī)律性。

3.4 在建筑工程中的應(yīng)用分析

建筑工程機(jī)電控制設(shè)備中應(yīng)用的智能控制技術(shù)重點(diǎn)表現(xiàn)為下面2 點(diǎn)：①智能控制技術(shù)能夠控制室內(nèi)溫度，一般是結(jié)合空調(diào)調(diào)節(jié)建筑室內(nèi)溫度，在應(yīng)用智能控制技術(shù)之后，空調(diào)能夠結(jié)合天氣與季節(jié)的改變實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。并且，建筑工程機(jī)電控制設(shè)備中應(yīng)用智能控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量的調(diào)控，以及僅僅需要消耗非常小的能量；②建筑室內(nèi)亮度的控制能夠結(jié)合智能控制技術(shù)進(jìn)行，也就是統(tǒng)一計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與聯(lián)合通信系統(tǒng)，有效地結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)方式對(duì)建筑室內(nèi)照明系統(tǒng)予以控制，建筑物室內(nèi)的光線存在非常多的影響因素，如建筑物周邊的環(huán)境條件與建筑室內(nèi)的材料等，智能控制技術(shù)能夠確保照明系統(tǒng)結(jié)合各種因素選用最為理想的室內(nèi)光度。

3.5 在交流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

交流伺服系統(tǒng)設(shè)備能夠很好地控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)作用與質(zhì)量。交流伺服系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)是較為復(fù)雜、范圍涉及廣泛，其參考數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)形成改變，以及受到設(shè)備荷載的制約。在航空航天多個(gè)行業(yè)中可以有效地應(yīng)用交流伺服系統(tǒng)，交流伺服系統(tǒng)中應(yīng)用新技術(shù)，可以延伸新技術(shù)的應(yīng)用深度。對(duì)于交流電機(jī)本身而言，其要求控制的對(duì)象面臨一系列的不穩(wěn)定因素，因此數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)面臨不少困難。而在交流伺服系統(tǒng)中應(yīng)用智能控制技術(shù)，以及密切統(tǒng)一現(xiàn)代技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)顯著的應(yīng)用成效。

4 結(jié)語(yǔ)

基于科技水平的持續(xù)提高以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技市場(chǎng)中機(jī)電控制系統(tǒng)的份額越來(lái)越大。在不斷提升的科技水平下，出現(xiàn)了一很多可以應(yīng)用于工程機(jī)械、數(shù)控、機(jī)器人等方面的新興事物，它們當(dāng)前已經(jīng)成為機(jī)電控制系統(tǒng)不可或缺的一部分，其在機(jī)電控制系統(tǒng)的充分應(yīng)用，能夠推動(dòng)機(jī)電領(lǐng)域的進(jìn)步。