智能控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用

曹繼宗

摘要：隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，人們在生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，都朝著現(xiàn)代化、智能化的模式深化發(fā)展。本文文章通過對智能控制工程的內(nèi)涵、智能控制技術(shù)發(fā)展階段的討論，客觀分析了智能控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能控制;工程;機(jī)械電子;應(yīng)用;產(chǎn)品

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，我國的智能化技術(shù)也正在進(jìn)行著積極的推廣和創(chuàng)新。在機(jī)械電子工程中應(yīng)用智能控制技術(shù)，促進(jìn)了機(jī)械電子工程中各項(xiàng)設(shè)備應(yīng)用的更新及其智能化程度的提高。信息化的機(jī)械電子工程結(jié)合智能化技術(shù)，發(fā)揮了智能化技術(shù)的多項(xiàng)優(yōu)勢作用，提升了機(jī)械電子工程工作質(zhì)量和效率，充分保證了機(jī)械電子工程的使用效率，為未來我國未來的機(jī)械電子工程可持續(xù)發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)，為保證使用者的安全等提供更加便利的服務(wù)。

1 智能控制工程的內(nèi)涵

智能控制工程是我國全面推動和發(fā)展生產(chǎn)力過程中的核心技術(shù)，對社會發(fā)展有著重要的作用。我國整體科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，智能控制工程和機(jī)械電子工程有機(jī)結(jié)合發(fā)展，是未來必然趨勢?，F(xiàn)階段我國的機(jī)械電子工程正逐漸普及智能控制工程的應(yīng)用，不斷朝著智能化方向創(chuàng)新和發(fā)展。在智能控制工程技術(shù)的應(yīng)用下，我國機(jī)械電子工程生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率都得到了較大程度的提升，推動了我國智能化機(jī)械電子工程發(fā)展，為機(jī)械電子工程的安全生產(chǎn)提供保障，有效提升機(jī)械電子行業(yè)的社會綜合效益[1]。相較于傳統(tǒng)的機(jī)械電子工程控制環(huán)節(jié)，目前智能控制工程和機(jī)械電子工程相結(jié)合，使用了更加先進(jìn)、智能的計(jì)算機(jī)技術(shù)及控制理論，在機(jī)械電子工程生產(chǎn)實(shí)踐中，借助智能控制工程和計(jì)算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)械電子工程的自動化、智能化控制。

智能控制工程和機(jī)械電子工程相結(jié)合建設(shè)發(fā)展過程中，數(shù)據(jù)模型和參數(shù)設(shè)置是關(guān)鍵，和傳統(tǒng)的機(jī)械電子工程控制環(huán)節(jié)相比，智能控制工程應(yīng)用了全新理念的控制模式，其合理性更強(qiáng)、更先進(jìn)。智能控制工程主要利用人腦的具體思維及其思維流程，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬其過程，并且將模擬過程系統(tǒng)化地引入自動控制工程中。值得關(guān)注的是，傳統(tǒng)的控制工程非常依賴具體控制對象的數(shù)字化模型和各種參數(shù)，但是智能控制工程打破了這一傳統(tǒng)，不再依賴具體控制對象的各項(xiàng)指標(biāo)，不僅降低了依賴相關(guān)性，而且解決了眾多傳統(tǒng)控制技術(shù)手段下無法解決的相關(guān)難題[2]。

2 智能控制技術(shù)的發(fā)展階段

截至目前，智能控制技術(shù)的發(fā)展時(shí)期主要分為三個(gè)階段。第一階段是20世紀(jì)中期的智能控制技術(shù)萌芽階段，這一時(shí)期內(nèi)行業(yè)內(nèi)的專家學(xué)者開始研究智能控制技術(shù)及系統(tǒng)，受到當(dāng)時(shí)技術(shù)條件因素的影響，構(gòu)建智能控制模型等技術(shù)手段的實(shí)際應(yīng)用效果并不理想，存在較大的上升空間。第二階段是20世紀(jì)末期的發(fā)展階段，該時(shí)期內(nèi)的智能控制技術(shù)逐漸展開了一系列的初步實(shí)踐，被應(yīng)用到以軍事領(lǐng)域?yàn)橹鞯纳a(chǎn)活動中，智能控制技術(shù)的第二階段正處于計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的社會時(shí)期，因此機(jī)械電子語言編程技術(shù)取得了顯著的成績。第三階段則是21世紀(jì)的進(jìn)一步發(fā)展階段，此時(shí)大數(shù)據(jù)技術(shù)趨于成熟，智能控制技術(shù)有了更好的支撐平臺，結(jié)合社會人們生產(chǎn)生活的多項(xiàng)活動，得到了越來越廣泛的應(yīng)用[3]。

3 機(jī)械電子工程的理念及其發(fā)展階段

3.1 機(jī)械電子工程的基本理念

機(jī)械電子工程綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)，作為一項(xiàng)綜合型工程，機(jī)械電子工程在傳統(tǒng)機(jī)械工程的基礎(chǔ)上融合了先進(jìn)的電子信息技術(shù)，將機(jī)械、信息、電子等緊密連接在一起，應(yīng)用到高新技術(shù)領(lǐng)域中。以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為例，機(jī)械電子工程可以完善和優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，立足于機(jī)械原理，融合計(jì)算機(jī)知識、電子工程技術(shù)知識等，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面的優(yōu)化和改良。和傳統(tǒng)的機(jī)械工程相比，機(jī)械電子工程的功能模塊規(guī)劃設(shè)計(jì)更具科學(xué)性、合理性，設(shè)計(jì)思路也更加精細(xì)化、具體化，不僅完善了產(chǎn)品功能，而且還使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)趨向簡單化、集成化，促進(jìn)了機(jī)械制造業(yè)加工水平的發(fā)展[4]。

3.2 機(jī)械電子工程的發(fā)展階段

機(jī)械電子工程與智能控制工程同樣經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，分別是手工加工階段、流水線加工階段、機(jī)械電子工程階段。首先，手工加工階段主要依托人力操控，由于設(shè)備和工具較為落后，限制了生產(chǎn)質(zhì)量和供給量的發(fā)展，因此十分需要科學(xué)、高效的機(jī)械加工技術(shù)為機(jī)械電子工程的發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。流水線加工階段的機(jī)械設(shè)備已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，結(jié)合自動化生產(chǎn)技術(shù)，大大提高了生產(chǎn)規(guī)模及生產(chǎn)效益，但是流水線加工階段無法滿足市場的個(gè)性化需求，只適用于批量的生產(chǎn)作業(yè)。機(jī)械電子工程階段在云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)手段的應(yīng)用下，實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化的生產(chǎn)，產(chǎn)品性能大大提高，有效提高了生產(chǎn)效率[5]。

4 在機(jī)械電子工程中應(yīng)用智能控制的重要意義

將智能控制工程應(yīng)用到機(jī)械電子工程中，對于未來機(jī)械電子工程的智能化、現(xiàn)代化發(fā)展有著重要的意義。以機(jī)械電子工程的概念角度作為出發(fā)點(diǎn)，機(jī)械電子工程屬于工科機(jī)械類，作為“機(jī)電一體化”工程，它可以說是現(xiàn)代化技術(shù)處理的工程。近些年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平和計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的提高，機(jī)械電子工程已經(jīng)覆蓋了多種計(jì)算機(jī)應(yīng)用理論和機(jī)械制造的方法。在此基礎(chǔ)上，機(jī)械電子工程成為了科學(xué)技術(shù)下的現(xiàn)代化產(chǎn)物，體現(xiàn)出了較強(qiáng)的先進(jìn)性?，F(xiàn)階段機(jī)械電子工程借助智能控制工程的相關(guān)技術(shù)，促進(jìn)了機(jī)械電子工程中各項(xiàng)工作的積極開展，機(jī)械電子工程的各項(xiàng)知識理論也應(yīng)用到了各種機(jī)械化產(chǎn)品生產(chǎn)過程中。例如行駛模擬系統(tǒng)、安全氣囊、自動售票機(jī)等，均依托機(jī)械電子工程的理論支持和輔助。在科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展下，機(jī)械電子工程對自身的控制系統(tǒng)等均提出了更高的要求，應(yīng)從優(yōu)化機(jī)械電子工程的生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)境著手，提高機(jī)械電子工程的控制系統(tǒng)整體水平，為推動機(jī)械電子工程和智能控制工程的深度融合發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。

5 智能控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用分析

5.1 集成自動控制技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)械電子工程中的集成自動控制技術(shù)是智能控制技術(shù)的一種，且被廣泛應(yīng)用到機(jī)械電子工程的各個(gè)環(huán)節(jié)中。以現(xiàn)代化的信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，集成自動控制技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化和創(chuàng)新現(xiàn)代化信息技術(shù)，完善了其在機(jī)械電子工程系統(tǒng)中的功能。將集成自動控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械電子工程中，利用多臺舍恩比可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一控制和管理，發(fā)揮機(jī)械電子工程相關(guān)設(shè)備的應(yīng)用優(yōu)勢，提高各個(gè)設(shè)備之間的協(xié)調(diào)性，讓機(jī)械電子工程生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)快速化、高效化，以此提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在機(jī)械電子工程設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行活動中，集成自動控制技術(shù)能夠全面收集和整合設(shè)備的相關(guān)信息，完善生產(chǎn)和運(yùn)行流程。集成自動控制技術(shù)在原有的控制系統(tǒng)之上，研發(fā)和完善了自動控制功能的系統(tǒng)，適用于目前的機(jī)床電子設(shè)備，大大提高了生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和效率[6]。

5.2 模糊控制工程的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的機(jī)械電子工程控制中，機(jī)械加工的工藝較為復(fù)雜，其中涉及大量繁瑣的操作，并且生產(chǎn)效率低、工作量大，相關(guān)的工作人員希望能夠在傳統(tǒng)控制方法的基礎(chǔ)上建立起控制模型，以此逐漸實(shí)現(xiàn)自動化的機(jī)械電子工程控制。隨著智能控制工程的普及，機(jī)械電子工程中逐漸引入了模糊控制工程這一理論，和傳統(tǒng)的控制理論不同，模糊控制理論主張?jiān)趹?yīng)用模糊控制的過程中強(qiáng)調(diào)絕對的精確度，確定可能存在的誤差范圍，在規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行控制工作，降低自動控制實(shí)現(xiàn)的難度。實(shí)際的模糊控制工程應(yīng)用過程中，相關(guān)工作人員深入分析和研究了機(jī)械電子工程生產(chǎn)合理的誤差范圍，提高了模糊控制技術(shù)的精確性，也促進(jìn)了機(jī)械電子工程中模糊控制技術(shù)控制的精確應(yīng)用[7]。

5.3 魯棒性的應(yīng)用

現(xiàn)代化社會背景下的機(jī)械電子工程中，智能控制工程的魯棒性是其中的關(guān)鍵特征之一。當(dāng)出現(xiàn)了外界干擾時(shí)，魯棒性設(shè)備的應(yīng)用不僅能夠保持控制系統(tǒng)原有的良好性能，而且能有效控制機(jī)械電子工程的各個(gè)設(shè)備。所謂魯棒控制即通過設(shè)計(jì)一個(gè)控制器，來滿足一些性能指標(biāo)，最簡單的魯棒性控制系統(tǒng)見圖1。在確定存在受外界因素影響的前提下，控制系統(tǒng)某一個(gè)方面的性能保持不變，因此多變量型魯棒控制系統(tǒng)因該種特性在機(jī)械制造中被廣泛使用。機(jī)械電子工程控制系統(tǒng)的魯棒性控制，以制造柔性臂軌跡為例，通常需要利用滑膜結(jié)構(gòu)控制制造過程，可在魯棒性的基礎(chǔ)之上研發(fā)慢變控制器，依托Hx控制理論為基礎(chǔ)，開發(fā)和研究魯棒控制器，優(yōu)化系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)。研究操作軌跡模擬過程中，合理利用補(bǔ)償計(jì)算法，控制滑膜結(jié)構(gòu)和Hx的控制理論，保證目標(biāo)軌跡中控制系統(tǒng)的運(yùn)行精度和控制精度。

在魯棒性控制系統(tǒng)中，可以把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和PID進(jìn)行結(jié)合從而降低算法的難度，一般可以借助下述公式描述增量式PID控制模型：

再根據(jù)以下公式描述單神經(jīng)元控制模型：

上面兩個(gè)公式中K均為常數(shù)值，ω則表示可調(diào)節(jié)得的系數(shù)權(quán)值。所謂非線性控制系統(tǒng)的本質(zhì)是即能夠?qū)ο禂?shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的PID控制器。按照其控制狀態(tài)的差異，控制器能夠?qū)W習(xí)以及在不斷訓(xùn)練中智能化調(diào)整比例和微積分等系數(shù)權(quán)值，盡可能地降低控制誤差，使其在可接受范圍，實(shí)現(xiàn)機(jī)械電子智能控制的準(zhǔn)確性，并且為工業(yè)生產(chǎn)的精確性提供依據(jù)。

5.4 預(yù)測控制技術(shù)的應(yīng)用

預(yù)測控制技術(shù)是在機(jī)械電子工程中預(yù)測相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況，結(jié)合預(yù)測的結(jié)果和機(jī)械電子工程生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)際需求控制相關(guān)設(shè)備。以應(yīng)用高速液壓機(jī)為例，為了滿足生產(chǎn)需求，應(yīng)不斷增加液壓機(jī)的轉(zhuǎn)速和壓力，增強(qiáng)設(shè)備的負(fù)載沖擊，否則在運(yùn)行過程中很可能影響設(shè)備運(yùn)行的精度和安全性，導(dǎo)致系統(tǒng)超調(diào)故障的發(fā)生。

借助預(yù)測控制技術(shù)能夠依據(jù)高速液壓機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況和生產(chǎn)需求，構(gòu)建預(yù)測模型，降低運(yùn)行過程中產(chǎn)生的壓力，預(yù)測輸出值，精確預(yù)測運(yùn)行誤差，控制運(yùn)行過程[9]。預(yù)測控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖主要有PLC系統(tǒng)、觸摸屏、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)控制模塊做組成現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)，見圖2。

綜上所述，機(jī)械電子工程在現(xiàn)代化社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的形勢下，迎來了全新的挑戰(zhàn)，人們對機(jī)械電子產(chǎn)品提出了更高的要求。在機(jī)械電子工程的生產(chǎn)運(yùn)行等活動中合理應(yīng)用智能控制工程是未來必然的發(fā)展趨勢，只有這樣才能推動機(jī)械電子工程朝著智能化、自動化、信息化的方向發(fā)展和創(chuàng)新。為了充分發(fā)揮智能控制工程和機(jī)械電子工程的優(yōu)勢，應(yīng)將二者有機(jī)結(jié)合在一起，最大程度實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢融合，進(jìn)一步推動機(jī)械電子工程的發(fā)展，提高智能控制技術(shù)水平，為我國的社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)貢獻(xiàn)一份力量。

（責(zé)任編輯：陳之曦）

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