機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用

王艷

摘要：為了增強(qiáng)國家實(shí)力，提高國際影響力，我國特別注重工業(yè)的發(fā)展，至今已卓有成效。正所謂無商不活，無工不強(qiáng)，為了走好強(qiáng)國之路，必須優(yōu)先發(fā)展工業(yè)，特別是重工業(yè)。在發(fā)展工業(yè)的過程中，機(jī)電一體化技術(shù)在數(shù)控、建筑、制造業(yè)、機(jī)器人等眾多領(lǐng)域極大地提高了其安全性、穩(wěn)定性，極大地促進(jìn)了工業(yè)化進(jìn)程，為現(xiàn)階段我國的工業(yè)轉(zhuǎn)型做出了巨大貢獻(xiàn)。在機(jī)電一體化中，智能控制逐漸占據(jù)十分重要的地位。本文首先介紹機(jī)電一體化和智能控制的含義，進(jìn)而分析其特征，最后重點(diǎn)分析其在機(jī)械、機(jī)器人、建筑等領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化系統(tǒng)；智能控制；應(yīng)用

百年以來，各種科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，這種發(fā)展不外乎兩種方式，一是本專業(yè)的不斷探索與提高，二是各學(xué)科交叉、融合，借它山之石，攻本行業(yè)之玉。在各學(xué)科難以提高時(shí)，第二種方式尤為重要?，F(xiàn)階段，機(jī)械學(xué)融合電子學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、測控技術(shù)、伺服傳動技術(shù)等多種技術(shù)，逐漸形成了模塊化的整體，稱之為機(jī)電一體化系統(tǒng)，機(jī)電一體化在機(jī)械制造、機(jī)器人控制、數(shù)控機(jī)床等各個(gè)領(lǐng)域作用巨大、建樹頗豐。近年來，隨著人工智能等技術(shù)等發(fā)展，智能控制逐漸被引入機(jī)電一體化系統(tǒng)用來取代人力操縱，成果顯著。

一、簡要介紹

（一） 機(jī)電一體化

機(jī)電一體化技術(shù)（mechatronics）狹義來講是機(jī)械技術(shù)（mechanic）與電子技術(shù)（electronics）的交叉技術(shù)，從單詞構(gòu)成可見一斑。廣義來講是以機(jī)械為主體，綜合使用機(jī)械技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、控制技術(shù)、伺服傳動技術(shù)、電工電子技術(shù)等多種技術(shù)，使之完成一定的功能，最終構(gòu)成一個(gè)整體的有機(jī)體系[1]。

鑒于機(jī)電一體化系統(tǒng)引入了多種其他種類的技術(shù)，所以綜合性較強(qiáng)。此外，因?yàn)樗且粋€(gè)有機(jī)完整的系統(tǒng)，故具有完整性與系統(tǒng)性。再者，機(jī)電一體化由于引進(jìn)了電子技術(shù)，則更多的是通過弱電來控制強(qiáng)電，且弱電強(qiáng)電之間一般都會有隔離措施，如繼電器等，因此可以提高工人操作的安全性和可靠性。最后，由于集成電路技術(shù)的使用，現(xiàn)在的機(jī)電系統(tǒng)一般由很多的小型模塊構(gòu)成，具有很強(qiáng)的替代性且易于使用。

（二） 智能控制

智能控制是指電子計(jì)算機(jī)通過模擬人類思考與行為方式并將這種方式轉(zhuǎn)化為可供計(jì)算機(jī)識別的數(shù)學(xué)模型，在無人的情況下，計(jì)算機(jī)利用這種模型對生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行分析與操控[2]。智能控制系統(tǒng)必須具模擬人類學(xué)習(xí)的能力和自適應(yīng)性等兩種能力。

智能控制不是對傳統(tǒng)控制方法的否定和批判，而是對傳統(tǒng)的發(fā)展與深化，智能控制也具有較強(qiáng)的綜合性，如綜合使用運(yùn)籌學(xué)、控制學(xué)、人工智能技術(shù)等，它在一定程度上減少了人力控制，提高了整體工作效率。智能控制目前的重難點(diǎn)在于模型的建立與描述、機(jī)器識別能力等方面[3]。

二、應(yīng)用

機(jī)電一體化系統(tǒng)的智能控制在各大領(lǐng)域均應(yīng)用廣泛，如制造業(yè)、機(jī)器人、建筑等領(lǐng)域，以下將一一進(jìn)行闡述。

（一） 制造業(yè)領(lǐng)域

多年前，制造業(yè)依靠紙質(zhì)圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)、依靠人力進(jìn)行手工操作，難以保證設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)修改以及制造的精度。近20年來，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的引入，極大地提高了制造業(yè)的智能程度，此外，還有3D打印技術(shù)的興起，可以將CAD圖紙直接導(dǎo)入，進(jìn)而打印出實(shí)物模型，為設(shè)計(jì)與修改提供了巨大的便利。

智能制造也是智能控制的又一體現(xiàn)。如機(jī)加工時(shí)，將原材料裝夾成功，放入機(jī)床，設(shè)置好需要完成的目標(biāo)參數(shù)，則計(jì)算機(jī)可以自行確定工藝路線（如加工次序、進(jìn)給量、退刀量、是否換刀、是否需要熱處理以及后續(xù)處理等）自行審核成品是否符合要求，是否需要再次加工等。如熱處理時(shí)，可以通過電腦設(shè)置加熱時(shí)間、保溫時(shí)間以及冷卻方式、冷卻速率等，以期得到具有目標(biāo)組織的材料。智能制造可以減少工人的簡單重復(fù)勞動，提高工人的工作環(huán)境，保證產(chǎn)品的精度與質(zhì)量，智能制造一定是制造業(yè)未來的發(fā)展方向。

此外，數(shù)控機(jī)床的使用也是智能控制的一大表現(xiàn)。數(shù)控機(jī)床是數(shù)字技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，利用數(shù)字化技術(shù)可以簡化機(jī)床的操作，如只需在操控界面進(jìn)行簡單編程就可以實(shí)現(xiàn)對工件的加工，這極大地降低了機(jī)床的操作難度。

（二） 機(jī)器人領(lǐng)域

機(jī)器人的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)擬人化的各種功能，如視覺、運(yùn)動、思維、語言等。人是光線的反射來觀察世界的，而機(jī)器人是通過各式各樣的傳感器來感知外界的，通過一定的傳感器，將外界的各項(xiàng)參數(shù)，如溫度、距離、壓力等轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，將電信號?jīng)過一定的處理之后傳遞給智能控制系統(tǒng)，經(jīng)過邏輯判斷之后，以電信號輸出一定的動作。機(jī)器人的運(yùn)動，簡單的如安裝輪子使其運(yùn)動，而復(fù)雜的則需要對人類的運(yùn)動行為進(jìn)行相關(guān)研究，將研究成果應(yīng)用于機(jī)器人，如對人類來說簡單的屈腿邁步對于機(jī)器人便意味著各種復(fù)雜的操控。機(jī)器人的思維是通過一個(gè)個(gè)數(shù)學(xué)模型建立起來的，更準(zhǔn)確地說是通過一個(gè)個(gè)邏輯判斷來運(yùn)行的，隨著對人類思維的研究，機(jī)器人的思維更加智能，如模糊思維的使用，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的建立等使得機(jī)器人更加“擬人”。機(jī)器人的語言主要是通過語音庫的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)的，在未來也有可能會出現(xiàn)準(zhǔn)確表達(dá)機(jī)器人意識的語言方式。隨著對人類行為、思維等方面的深入研究與模擬，機(jī)器人領(lǐng)域的智能控制一定會更加成熟[4]。

（三） 建筑領(lǐng)域

建筑領(lǐng)域?qū)τ谥悄芸刂茟?yīng)用十分廣泛。如各種設(shè)備的智能控制，在這些控制系統(tǒng)內(nèi)，一般而言都有一套負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過對結(jié)果的分析進(jìn)而控制起始的物料投放量，以保證合適的用量。如照明的控制，可以將光線的明暗程度、人數(shù)的多少及有無、所需的照明強(qiáng)度等量化為一定的參數(shù)，通過智能系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制燈光的啟停，還可以將電源電壓分為多檔以控制燈光強(qiáng)度，此外，還可以設(shè)置一定量的太陽能電池板，轉(zhuǎn)化太陽能為電能，通過智能控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制電池板的朝向，以使其最大程度接收太陽能量。如火災(zāi)報(bào)警器的控制，可以設(shè)置一定的傳感器，將空氣中的煙霧量轉(zhuǎn)化為電信號，當(dāng)濃度高于一定量后，報(bào)警器自動開啟。

三、結(jié)束語

現(xiàn)階段，各行業(yè)之間的碰撞與融合已成為不可阻擋的趨勢，機(jī)電一體化尤為顯著，對機(jī)電一體化實(shí)施智能控制更是當(dāng)前的發(fā)展趨勢。它提高了工程效益，保證了工程安全，降低了工作人員的重復(fù)勞動，在制造業(yè)、機(jī)器人、建筑等眾多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，為我國工業(yè)的發(fā)展做出了不可替代的貢獻(xiàn)。我們需要順應(yīng)時(shí)代潮流，將智能控制穩(wěn)步向前推進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊正蕾，崔少鷹.機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)， 2017（7）：163-163.

[2]朱敬園.機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用研究[J].四川水泥， 2017（6）：125-125.

[3]王成勤，李威，孟寶星. 智能控制及其在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2008，36（8）：280-282.

[4]邵惠東. 機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用分析[J].中國新通信， 2018， v.20（10）：97.

（作者單位：浙江省郵電工程建設(shè)有限公司）