淺談智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運用

華懿瑋

（蘇州市職業(yè)技能鑒定中心，江蘇 蘇州 215002）

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用越發(fā)普范，并對提高產(chǎn)出效率及安全發(fā)揮了重要作用。尤其是隨著工業(yè)產(chǎn)品附加值的不斷增加，其產(chǎn)品精度的要求越來越高，加速了工業(yè)生產(chǎn)流程的復(fù)雜化，并對機(jī)電一體化系統(tǒng)功能提出了更高要求。事實上，傳統(tǒng)工業(yè)控制技術(shù)已難滿足該類需求，而智能控制技術(shù)的發(fā)展，則發(fā)揮了重要的運用價值，有效降低了人為因素的影響，并為復(fù)雜設(shè)備的控制問題提供了新的解決方式，使得機(jī)電一體化系統(tǒng)的性能表現(xiàn)更佳。

1 智能控制概述

所謂智能控制即是指在無人干預(yù)的情況下能自主驅(qū)動智能機(jī)器實現(xiàn)控制目標(biāo)的自動控制技術(shù)，其相關(guān)應(yīng)用是現(xiàn)代控制理論在深度和廣度上的拓展。綜合來講，智能控制的核心在于高層控制，是對實際環(huán)境或過程進(jìn)行組織、決策和規(guī)劃，從而實現(xiàn)問題求解，具有交叉學(xué)科的特點，包括運籌學(xué)、信息論、系統(tǒng)工程等，可以說是當(dāng)前自動控制技術(shù)領(lǐng)域的最高成果，能夠解決更加復(fù)雜環(huán)境下的信息處理問題。相較于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)的整體構(gòu)成更為開放，并且可自動獲取所需內(nèi)容，因而展現(xiàn)出了優(yōu)質(zhì)的信息處理性能，得到了各行業(yè)企業(yè)的廣泛應(yīng)用。同時，智能控制較之人工操作更高的可靠性和安全性，可通過預(yù)設(shè)程序完成危險度高的操作指令，對推進(jìn)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展有著重要價值。目前來講，基于智能控制支持的應(yīng)用擴(kuò)展包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、分級控制等。其中，神經(jīng)系統(tǒng)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建立，其并行計算、分布存儲、可變結(jié)構(gòu)、高度容錯等系列特性，可適用于任意復(fù)雜對象的控制。而專家系統(tǒng)是利用專家知識對困難問題進(jìn)行描述，所提供的支撐結(jié)構(gòu)相當(dāng)豐富，常見于機(jī)械故障的診斷維修應(yīng)用中。分級控制主要作用于組織、協(xié)調(diào)、執(zhí)行相互間的配合，但其應(yīng)用需要滿足兩個條件，即自適應(yīng)控制和自組織控制，從而保證系統(tǒng)運行通暢。

2 智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運用優(yōu)勢

機(jī)電一體化又被稱作是機(jī)械電子工程，將機(jī)械與微電子技術(shù)緊密結(jié)合在一起，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)，起到了降低能耗、改善精度等作用，實踐工作中亦表現(xiàn)出了強(qiáng)度高、危險強(qiáng)的特點。而智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運用導(dǎo)入，可按照具體要求編寫程序，繼而實現(xiàn)對多臺加工機(jī)床的同時控制，節(jié)省了大量人力資源成本，并且操作流程更為便捷，是提升企業(yè)生產(chǎn)效率的重要方式。同時，智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運用，還減少了人為操作失誤對加工質(zhì)量的影響，并可根據(jù)相關(guān)接收指令，自行調(diào)整和操控運行程序，保證產(chǎn)品質(zhì)量之余，增強(qiáng)了機(jī)電一體化系統(tǒng)的運行安全性和可靠性，對提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益作用顯著。另外，基于智能控制技術(shù)應(yīng)用支持的機(jī)電一體化系統(tǒng)，實現(xiàn)了對整個生產(chǎn)過程的統(tǒng)一部署安排，各要素鏈接更為緊密，其便捷的產(chǎn)品參數(shù)設(shè)定方式，可滿足不同參數(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。正是基于智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的多重運用價值，有助于機(jī)電一體化系統(tǒng)的再優(yōu)化與升級，已然成為其發(fā)展的重要動力，并由此引動了新一輪的創(chuàng)新潮流。

3 智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運用實踐

隨著現(xiàn)代科技發(fā)展，智能控制的研發(fā)愈加成熟，并且具備更加強(qiáng)大的功能構(gòu)成，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運用日臻普范。本節(jié)著重選取了機(jī)械制造、數(shù)字控制、機(jī)器人以及建筑工程等幾個領(lǐng)域的智能控制，并就其運用實踐展開了探討。

3．1 機(jī)械制造

機(jī)械制造是機(jī)電一體化系統(tǒng)的重要組成，傳統(tǒng)工作模式下以人工操作為主，并且受其影響較為明顯。隨著現(xiàn)代科技發(fā)展，智能化引領(lǐng)了新一輪的企業(yè)生產(chǎn)變革，基于智能控制技術(shù)應(yīng)用的機(jī)電一體化系統(tǒng)逐漸取代了人工操作，包括監(jiān)控檢查、故障診斷等，并將工作人員的思維植入其中，通過仿真模擬的方式，推動著機(jī)械制造數(shù)字化發(fā)展。事實上，計算機(jī)技術(shù)在機(jī)械加工領(lǐng)域的高度融合，并在智能控制下生成了新一代的機(jī)電一體化系統(tǒng)，亦被稱作是智能制造系統(tǒng)，進(jìn)而借助模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等理論對產(chǎn)品的生產(chǎn)過程及環(huán)境進(jìn)行建模，從而最大限度地保證產(chǎn)品精度和質(zhì)量。在實際操作過程中，智能控制在機(jī)電一體化中的運用，可借助傳感器融合技術(shù)，模擬機(jī)械制造的整個動態(tài)過程，并搜集相關(guān)的反饋數(shù)據(jù)，以此為參考結(jié)合實際情況，進(jìn)行調(diào)整，從而為機(jī)械制造的再優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

3．2 數(shù)字控制

所謂數(shù)字控制即是指利用數(shù)字化信息對機(jī)械運動及加工過程進(jìn)行控制的一種方法，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，要求其不僅能夠快速、高可靠性的完成零件加工工作，同時還需具備一定的知識處理能力，以便于結(jié)合實際情況，動態(tài)調(diào)整產(chǎn)品動態(tài)加工路徑，因此應(yīng)具備良好的人機(jī)交互能力和通信能力，并由此自主學(xué)習(xí)提升。而智能控制在數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)中的運用，則簡單、有效地解決了上述問題，可通過模糊控制理論實現(xiàn)對數(shù)控系統(tǒng)中各個模塊的控制。在數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)中，智能控制的運用還包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，其關(guān)鍵作用在于補(bǔ)差計算，并基于自身強(qiáng)大的自適應(yīng)能力，實現(xiàn)對零件加工位置的增益調(diào)節(jié)。所謂補(bǔ)差計算即是指在數(shù)控系統(tǒng)加工過程中，根據(jù)零部件當(dāng)前狀態(tài)下的毛坯件上關(guān)鍵點的位置與最終形態(tài)下關(guān)鍵點位置信息，在起點與終點之間插入一系列點，實現(xiàn)密化處理，進(jìn)而提升其精度。

3．3 機(jī)器人

機(jī)器人可視作是智能化的機(jī)械裝備，具有超強(qiáng)的計算能力、辨識能力以及執(zhí)行能力等，并且表現(xiàn)出了非線性、時變性、耦合性等多元特性，普遍集中在動力系統(tǒng)中，是智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中運用的典型產(chǎn)物。具體而言，智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域中的運用，有效解決了其在運動姿態(tài)中的系列問題，如可基此結(jié)合精密的計算，掌握和規(guī)劃其行動路線，并附帶上了一定的自主學(xué)習(xí)能力，對于復(fù)雜信息的處理更加智能，因而得到了廣泛應(yīng)用。在實際設(shè)計過程中，通過智能控制技術(shù)運用與機(jī)器人的視覺系統(tǒng)相連，使之通過自帶傳感器來感應(yīng)周邊事務(wù)，并躲避障礙物，使之動作看起來更加協(xié)調(diào)、穩(wěn)定，一定程度上解決了人工勞動量大、效率低等問題。除卻上述部分，智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運用還表現(xiàn)為通過專家建模、運動控制等機(jī)器人系統(tǒng)，對周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。

3．4 建筑工程

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，面對人們更高品質(zhì)的生活需求，智能建筑得到了愈加普范的關(guān)注，智能控制的運用價值得到了進(jìn)一步釋放?，F(xiàn)階段而言，智能控制在建筑工程機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運用主要包含兩方面，即照明通信系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)。在照明通信系統(tǒng)中，智能控制實現(xiàn)了建筑小區(qū)及主體之間的互聯(lián)網(wǎng)通信，并實時動態(tài)監(jiān)控每位用戶的通信線路運行情況，一旦發(fā)現(xiàn)故障及其他問題，即可迅速做出精準(zhǔn)高效的維修反應(yīng)，提高其運行安全。同時，智能控制還可實現(xiàn)對建筑照明區(qū)域、時間等的自行控制，一定程度上降低了能源消耗，并便捷了人們的生活。另外，智能控制在空調(diào)系統(tǒng)中的運用，通過比例積分調(diào)節(jié)器閉環(huán)，模擬四季溫度，并智能調(diào)節(jié)空調(diào)風(fēng)閥，進(jìn)以改善空氣質(zhì)量，并實現(xiàn)了一定程度的節(jié)能減排效果。時至今日，正是基于智能控制在建筑工程領(lǐng)域的運用價值，開啟了人類現(xiàn)代化生活新方式。未來，智能控制在建筑領(lǐng)域機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運用將得到進(jìn)一步擴(kuò)展。

4 結(jié)語

總而言之，智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運用十分重要和必要，有助于提升企業(yè)生產(chǎn)效率、質(zhì)量及安全，并能夠降低一定的能源消耗，產(chǎn)出了十分巨大的價值。目前來講，智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運用，主要表現(xiàn)在機(jī)械制造、數(shù)字控制、機(jī)器人以及建筑工程等領(lǐng)域，所關(guān)聯(lián)到的技術(shù)結(jié)構(gòu)相當(dāng)豐富。作者希望學(xué)術(shù)界大家持續(xù)關(guān)注智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運用發(fā)展，并結(jié)合當(dāng)前階段的技術(shù)發(fā)展水平及實際生產(chǎn)生活需求，提出更多有效性建議，使之產(chǎn)出更大價值效能，為人類社會發(fā)展做貢獻(xiàn)。