智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運(yùn)用

盧永霞，陳 冬，石利云

（河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050026）

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)健發(fā)展的大背景下，社會(huì)對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提出了全新的要求及標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)電一體化系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于實(shí)踐領(lǐng)域，不僅能大幅度提升工業(yè)生產(chǎn)效率，而且能對(duì)生產(chǎn)安全性提供強(qiáng)有力的支持[1]。鑒于此，文章針對(duì)“智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用”進(jìn)行分析研究具有重要的價(jià)值意義。

1 智能控制的概述

1.1 概念

智能控制，指無(wú)人干預(yù)情況下自主驅(qū)動(dòng)智能化機(jī)器滿足控制要求的自動(dòng)化控制技術(shù)手段，其應(yīng)用往往被視為現(xiàn)代控制理論深度及廣度拓展的集中體現(xiàn)。由此可見(jiàn)，智能控制技術(shù)以高層控制為核心內(nèi)容，著重強(qiáng)調(diào)組織、決策及規(guī)劃具體環(huán)境及實(shí)際過(guò)程，以達(dá)到求解問(wèn)題的目標(biāo)[2]。與人為控制相比，智能控制具有學(xué)科交叉性的鮮明特點(diǎn)，涉及系統(tǒng)工程、信息論及運(yùn)籌學(xué)等理論知識(shí)，換而言之，智能控制是自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域最高研究成果的典型代表，能徹底解決復(fù)雜環(huán)境下信息處理的問(wèn)題。此外，智能控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比呈現(xiàn)更為開(kāi)放的特征，基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化獲取所需內(nèi)容的目標(biāo)。

1.2 特點(diǎn)

由于智能控制技術(shù)自身具備相對(duì)優(yōu)越的信息處理性能，促使其被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)及各個(gè)領(lǐng)域，并且相較于人工控制，智能控制技術(shù)具有安全性強(qiáng)及可靠性高等鮮明特點(diǎn)，主張利用預(yù)設(shè)程序操作危險(xiǎn)程度高的指令，對(duì)于推動(dòng)現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展具有不可比擬的積極作用。同時(shí)，以智能控制技術(shù)為支撐的應(yīng)用拓展范圍漸漸擴(kuò)大，例如，分級(jí)控制、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等[3]。其中，神經(jīng)系統(tǒng)指以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)建立具備高度容錯(cuò)、可變結(jié)構(gòu)、分布存儲(chǔ)及并行計(jì)算等特征，適用于控制任何復(fù)雜主體對(duì)象的技術(shù)手段；專家系統(tǒng)指利用專家知識(shí)描述困難問(wèn)題，再提供豐富知識(shí)支持的過(guò)程，適用于診斷及維修機(jī)械故障。

2 機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)用智能控制的必要性分析

2.1 節(jié)約成本投入

機(jī)電一體化（又稱機(jī)械電子工程）指將微電子技術(shù)與機(jī)械工程相融合的技術(shù)手段，往往被視為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的夯實(shí)基礎(chǔ)及前提條件，不止能增強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)的總體精度，更能節(jié)約工業(yè)生產(chǎn)的能源消耗，尤其是具體實(shí)踐期間呈現(xiàn)出危險(xiǎn)性強(qiáng)及作業(yè)強(qiáng)度高等鮮明特點(diǎn)。機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)用智能控制技術(shù)能結(jié)合用戶具體需求編寫(xiě)后續(xù)程序，基本實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制多臺(tái)加工機(jī)床的目標(biāo)，極大程度上節(jié)約了人力、物力、財(cái)力等成本投入。智能控制技術(shù)的操作流程相對(duì)便捷，往往被視為提高企業(yè)生產(chǎn)效率的有利舉措，真正意義上做到了保證生產(chǎn)效率及保證生產(chǎn)質(zhì)量。

2.2 規(guī)避人為失誤

機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)用智能控制技術(shù)能規(guī)避人為操作失誤對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)進(jìn)度所產(chǎn)生的消極影響，甚至系統(tǒng)可結(jié)合具體接受指令，自行調(diào)整及控制總體運(yùn)行程度，以保證產(chǎn)品質(zhì)量為前提條件，消除影響機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)安全性及可靠性的風(fēng)險(xiǎn)因素，為生產(chǎn)企業(yè)謀求更多的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益[4]。將智能控制技術(shù)與機(jī)電一體化系統(tǒng)相結(jié)合，基本實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一安排部署總體生產(chǎn)過(guò)程的目標(biāo)，促使各個(gè)生產(chǎn)要素間聯(lián)系更為密切，并且智能控制技術(shù)能優(yōu)化產(chǎn)品參數(shù)的設(shè)定方式，滿足不同參數(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制技術(shù)具備多重運(yùn)用價(jià)值，促使機(jī)電一體化系統(tǒng)再次升級(jí)，甚至引發(fā)全新的技術(shù)潮流。

3 機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)用智能控制的要點(diǎn)分析

3.1 機(jī)械制造

機(jī)械制造是機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要組成部分，以人工操作為傳統(tǒng)工作模式，并且深受人工操作模式的影響，其制造水平相對(duì)滯后，無(wú)法保證總體制造效率及制造成果。受現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)水平進(jìn)步的影響，智能化技術(shù)肩負(fù)起自身引起企業(yè)生產(chǎn)變革的工作職責(zé)，促使智能化控制技術(shù)帶領(lǐng)機(jī)電一體化系統(tǒng)逐漸取代人工操作，極大程度上拓展其技術(shù)應(yīng)用范圍，例如故障診斷及監(jiān)控檢查等[5]。同時(shí)，主張植入工作人員的思維及經(jīng)驗(yàn)，利用仿真模擬手段完成各種高難度的操作任務(wù)，不止能大幅度提高機(jī)械制造的生產(chǎn)效率，更能保證其生產(chǎn)進(jìn)度及生產(chǎn)質(zhì)量，進(jìn)一步推動(dòng)機(jī)械制造行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械加工行業(yè)間高度融合，即以智能化控制技術(shù)為參考依據(jù)，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)技術(shù)的作用，能形成全新一代的機(jī)電一體化系統(tǒng)（又稱為智能化制造系統(tǒng)），能利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊數(shù)學(xué)等理論知識(shí)，統(tǒng)一建立產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的模型，真正意義上做到模擬產(chǎn)品生產(chǎn)流程及生產(chǎn)環(huán)境，消除影響產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的風(fēng)險(xiǎn)因素，最大限度地提升產(chǎn)品生產(chǎn)精度及生產(chǎn)質(zhì)量。同時(shí)，機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)用智能控制技術(shù)的具體操作期間，能憑借傳感器融合技術(shù)手段，模擬或仿真機(jī)械制造的總體動(dòng)態(tài)過(guò)程，全面搜集或反饋相關(guān)數(shù)據(jù)信息，便于技術(shù)人員以此為參考依據(jù)調(diào)整操作流程，為優(yōu)化機(jī)械制造模式提供強(qiáng)有力的支持。

3.2 數(shù)字控制

通常情況下，數(shù)字控制指運(yùn)用數(shù)字化信息技術(shù)控制機(jī)械加工及機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程的技術(shù)手段，尤其是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)期間，不僅明確要求企業(yè)快速、高效、安全地完成零部件加工的工作任務(wù)，更需要具備相應(yīng)的知識(shí)處理能力，方可立足于企業(yè)具體情況、滿足動(dòng)態(tài)化調(diào)整產(chǎn)品動(dòng)態(tài)加工路徑的要求。可見(jiàn)，機(jī)械制造企業(yè)必須具備良好的通信能力及人機(jī)交互能力，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)提升的目標(biāo)。數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)中運(yùn)用智能控制技術(shù)的流程相對(duì)簡(jiǎn)單，能彌補(bǔ)傳統(tǒng)控制模式的不足，徹底解決傳統(tǒng)控制模式現(xiàn)存的問(wèn)題，僅依靠模糊控制理論，基本實(shí)現(xiàn)控制數(shù)控系統(tǒng)中各個(gè)模塊的目標(biāo)。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)中智能化控制技術(shù)的典型代表，主要通過(guò)補(bǔ)差計(jì)算等方法實(shí)現(xiàn)智能化控制的目標(biāo)，具有極其關(guān)鍵的作用。與其他控制技術(shù)相比，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的自我適應(yīng)能力相對(duì)強(qiáng)大，基本實(shí)現(xiàn)增益調(diào)節(jié)零部件加工位置的目標(biāo)。其中，補(bǔ)差計(jì)算指數(shù)控系統(tǒng)加工期間，立足于零部件當(dāng)前狀態(tài)，結(jié)合毛坯件的核心關(guān)鍵點(diǎn)位置，不得忽略毛坯件最終形態(tài)下關(guān)鍵點(diǎn)位置的具體信息，盡量于終點(diǎn)與起點(diǎn)間插入一系列點(diǎn)，滿足精細(xì)化加工的要求，進(jìn)一步提高零部件加工的精確度，為機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)贏得更多的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益，大大增強(qiáng)其核心競(jìng)爭(zhēng)力。

3.3 機(jī)器人

機(jī)器人作為智能化機(jī)械裝備之一，具有執(zhí)行能力強(qiáng)、辨識(shí)能力強(qiáng)及計(jì)算能力強(qiáng)等鮮明特點(diǎn)，往往呈現(xiàn)出耦合性、時(shí)變性及非線性等多元化特征，普遍集中于動(dòng)力系統(tǒng)之中，被視為機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制技術(shù)的集中體現(xiàn)及結(jié)晶產(chǎn)物。具體說(shuō)來(lái)，機(jī)器人領(lǐng)域中運(yùn)用智能控制系統(tǒng)能徹底解決其運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的一系列問(wèn)題，充分發(fā)揮精密計(jì)算的作用，幫助機(jī)器人掌握及規(guī)劃科學(xué)合理的行動(dòng)路線，甚至附帶一定的自主學(xué)習(xí)能力，真正意義上做到智能化處理復(fù)雜信息。由此可見(jiàn)，具體設(shè)計(jì)期間，將機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)與智能控制技術(shù)相結(jié)合，能充分發(fā)揮自帶傳感器的作用，幫助機(jī)器人感覺(jué)周圍事物、躲避更多障礙物，大大提高其動(dòng)作協(xié)調(diào)性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文分析了機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)用智能控制技術(shù)具有的極其重要的地位及作用，不僅能提高企業(yè)生產(chǎn)效率，而且能保證生產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)安全，最大限度地節(jié)約能源消耗量，為企業(yè)贏得更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。機(jī)電一體化系統(tǒng)運(yùn)用智能控制技術(shù)，以建筑工程、機(jī)器人、數(shù)字控制及機(jī)械制造為集中體現(xiàn)，所涉及的技術(shù)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜豐富。因此，相關(guān)企業(yè)必須結(jié)合技術(shù)發(fā)展前景及具體生產(chǎn)生活需求，深化智能控制技術(shù)的研究范圍，將機(jī)電一體化系統(tǒng)與智能控制技術(shù)相結(jié)合，真正意義上做到充分發(fā)揮其價(jià)值效能，為推動(dòng)人類社會(huì)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。