機(jī)電一體化的控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及技術(shù)分析

薛金雨

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技方面有了空前的進(jìn)步，機(jī)電一體化是現(xiàn)代新技術(shù)中最有代表性的技術(shù)，在未來的發(fā)展趨勢(shì)中，機(jī)電一體化將占據(jù)主流地位，智能控制技術(shù)不斷完善，越來越強(qiáng)大化。本文通過對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)資料的整理和分析，了解機(jī)電一體化目前的發(fā)展趨勢(shì)，從而得出機(jī)電一體化中的智能控制技術(shù)特點(diǎn)，為智能控制技術(shù)提供有益的參考，全面認(rèn)識(shí)機(jī)電一體化，促進(jìn)機(jī)電一體化進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;智能控制技術(shù);應(yīng)用與發(fā)展

一、機(jī)電一體化技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)

首先，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用將更為廣泛。小至微機(jī)電系統(tǒng)、數(shù)字光碟機(jī)，大至半導(dǎo)體制程設(shè)備、高速列車，均需通過機(jī)電一體化技術(shù)完成產(chǎn)品的開發(fā)。機(jī)電一體化之所以重要，因?yàn)樗亲詣?dòng)化工業(yè)、航天工業(yè)與國防工業(yè)的基礎(chǔ)整合技術(shù)。這門新興技術(shù)，是先進(jìn)工業(yè)國家競相發(fā)展的領(lǐng)域。信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，也帶動(dòng)PC工業(yè)控制電腦的發(fā)展，連帶以PC-Based控制器為主導(dǎo)的自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在發(fā)展遷過程中，機(jī)電一體化的核心程序控制器技術(shù)也發(fā)生著變化，相比傳統(tǒng)模式創(chuàng)新技術(shù)普及應(yīng)用。程序控制器被廣泛使用在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域，PLC已經(jīng)成為工廠自動(dòng)化的控制核心。然而因?yàn)橐话鉖LC程序撰寫是采用先繪制階梯圖，再轉(zhuǎn)換為PLC指令，因此所生產(chǎn)PLC的指令不同，導(dǎo)致彼此之間程序轉(zhuǎn)換不易。另外，由于PLC指令近似于低階語言，程序開發(fā)不易且十分耗時(shí)，為了改善PLC機(jī)電一體化的缺點(diǎn)，目前逐漸探索出以PC個(gè)人電腦或IPC取代PLC作為機(jī)電一體化機(jī)構(gòu)的控制器，并使用Visual Basic來撰寫控制程序，取代PLC的機(jī)電一體化。

二、智能控制系統(tǒng)類別形式與特點(diǎn)

（一）分級(jí)控制系統(tǒng)

分級(jí)控制系統(tǒng)又稱為分級(jí)階梯控制系統(tǒng)，是美國普渡大學(xué)提出的控制理論。分級(jí)控制分為三個(gè)方面;第一個(gè)方面就是執(zhí)行命令，這個(gè)級(jí)別顧名思義，負(fù)責(zé)執(zhí)行效果的，根據(jù)上一級(jí)的指令作出相應(yīng)的動(dòng)作，完成上一級(jí)指派的任務(wù)。第二個(gè)方面就是協(xié)調(diào)級(jí)，這個(gè)環(huán)節(jié)主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)監(jiān)督，調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)部分的關(guān)系，并平均的分配任務(wù)，第三方面是組織級(jí)，這個(gè)級(jí)別是最高級(jí)的控制系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)于執(zhí)行命令和協(xié)調(diào)級(jí)進(jìn)行監(jiān)督，并對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)整和分配。

（二）學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)

學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)能通過使用識(shí)別、識(shí)別、協(xié)調(diào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和信號(hào)輸入進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，來保證良好的智能操控效果。系統(tǒng)的控制特點(diǎn)是分階段控制，學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)積累相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，在技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的今天能夠不斷的更新數(shù)據(jù)資源，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分類，最后作出決策的自動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)需要不斷的改善。

（三）專家控制系統(tǒng)

專家控制系統(tǒng)是將人類的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和技能整合到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的過程，也就是說相當(dāng)于人和機(jī)器的一種組合。該系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域可以運(yùn)用專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)和技能，包括對(duì)有種類的數(shù)據(jù)的分析處理，可以和人類的大腦一樣的數(shù)據(jù)分析處理知識(shí)，經(jīng)驗(yàn)和技能，也可以解決現(xiàn)場的高度復(fù)雜的問題。

（四）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由很多類似于生物學(xué)上的神經(jīng)細(xì)胞的人工神經(jīng)元組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。神經(jīng)電路網(wǎng)絡(luò)還可以包括多個(gè)處理單元，和生物系統(tǒng)的多個(gè)神經(jīng)元類似，此外智能網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)主要對(duì)人體生物系統(tǒng)的一種機(jī)械化的反映。

（五）機(jī)電一體化中的智能控制技術(shù)特點(diǎn)

（1）分層組織結(jié)構(gòu)：“智能增減精準(zhǔn)度”的原則完全反映在智能控制系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)中，這也是智能控制系統(tǒng)的特征，其調(diào)整的等級(jí)與具體化的智能控制系統(tǒng)成正比，兩者都能互相促進(jìn)進(jìn)一步改善。（2）多模式控制：智能控制系統(tǒng)通常采用多回路控制。這由開環(huán)控制和閉環(huán)控制的組合、定量控制和定性決策的組合以及數(shù)學(xué)模型和非數(shù)學(xué)一般化模型的組合來決定。（3）學(xué)習(xí)能力，學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)，是對(duì)于學(xué)習(xí)的信息環(huán)境中固有的或未知的過程，對(duì)于未知信息的一種推測，為了有效的對(duì)系統(tǒng)的分類，可以結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)，能夠提高和提高系統(tǒng)性能。就像人們的學(xué)習(xí)能力一樣，智能控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)功能也類似。高級(jí)的學(xué)習(xí)功能，主要包括知識(shí)的更新和遺忘。低水平學(xué)習(xí)功能主要包括學(xué)習(xí)受控參數(shù)（是相對(duì)靜態(tài)的過程）。（4）適應(yīng)能力：智能控制系統(tǒng)中智能行為的本質(zhì)是輸入與輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的反映。因?yàn)槲覀兛梢哉J(rèn)為它是獨(dú)立于模型的自適應(yīng)估計(jì)，所以它具有良好的自適應(yīng)性能。由于系統(tǒng)內(nèi)插功能，系統(tǒng)的一部分發(fā)生了故障，系統(tǒng)也能正常運(yùn)轉(zhuǎn)并且提供適當(dāng)?shù)妮敵龆桓蓴_。智能系統(tǒng)更強(qiáng)大原因在于智能系統(tǒng)的自我修復(fù)功能，即使內(nèi)部有缺陷也能通過智能控制系統(tǒng)強(qiáng)有力的適應(yīng)性能，進(jìn)行系統(tǒng)的自我修復(fù)。

三、智能控制技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

當(dāng)前，智能控制技術(shù)與機(jī)電一體化的結(jié)合是一種潮流和趨勢(shì)，機(jī)電一體化中智能控制技術(shù)的應(yīng)用最好的例子就是CNC機(jī)床和智能機(jī)器人。在智能數(shù)控機(jī)床，前后的各種參數(shù)的監(jiān)控和比較的機(jī)械加工和處理程序的過程中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合分析從而使智能執(zhí)行系統(tǒng) 作出正確判斷和全面處理，通過智能的自動(dòng)調(diào)整處理讓系統(tǒng)流程的進(jìn)行更加順利。智能機(jī)器人是指通過視覺、聽覺、觸覺等各種感應(yīng)器檢測到工作狀態(tài)，并基于在實(shí)際變化過程中反饋的數(shù)據(jù)和信息做出正確的選擇和判斷。另外，工程機(jī)械的智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用也非常廣泛，其控制方法也非常巧妙，詳情如下所示。（1）挖掘機(jī)油壓系統(tǒng)檢測出如下操作參數(shù)來識(shí)別負(fù)載大小。檢測油壓系統(tǒng)中的泵，油壓，泵壓力控制機(jī)構(gòu)和狀態(tài)，還可以通過測試指南，以處理系統(tǒng)的執(zhí)行過程。根據(jù)收集到的信息，掘土機(jī)控制器模擬控制理論對(duì)于必要的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以確保未來工作順利。（2）總線段被用于基于CAN總線的汽車起重機(jī)的智能控制系統(tǒng)。雙層巴士協(xié)議結(jié)構(gòu)不僅可以監(jiān)控起重機(jī)電源系統(tǒng)和油壓系統(tǒng)，還可以避免電源沖擊，實(shí)現(xiàn)高速通信。不同類型的汽車起重機(jī)需要有不同的軟件配置，在區(qū)分時(shí)需要特別注意。

四、結(jié)語

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)電一體化應(yīng)用到人們的生活中，并且為人們帶來很大的方便，機(jī)電一體化能夠有效的縮短施工時(shí)間，提升施工效果，在質(zhì)量上得到很大程度的保證，而智能控制系統(tǒng)在靈活性和方便性上都好于傳統(tǒng)的方法，以微處理器為核心的智能控制系統(tǒng)，在微電子技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)以及信息技術(shù)等領(lǐng)域展現(xiàn)出了更為廣闊的發(fā)展前景和更具優(yōu)勢(shì)的發(fā)展空間。

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（作者單位：中徽建技術(shù)有限公司）