智能控制系統(tǒng)技術(shù)簡介與應(yīng)用分析

1 智能控制系統(tǒng)概述

1.1 智能控制系統(tǒng)的概念

智能控制是通過先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)在無人操作的情況下下達(dá)生產(chǎn)指令的一種技術(shù)，由智能機(jī)器自主地實現(xiàn)其目標(biāo)的過程，是經(jīng)典控制理論發(fā)展的高級階段，主要用來解決傳統(tǒng)方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題[1]。智能控制是一個非?；钴S的多學(xué)科領(lǐng)域，有調(diào)查顯示在IEEE 數(shù)據(jù)庫中搜索，得到6 000 多條帶有“智能控制”一詞的記錄，其中大約有一半的論文的標(biāo)題中有該詞。

1.2 智能控制系統(tǒng)的發(fā)展

智能控制經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)有了一套完整的概念、理論系統(tǒng)，并且形成了幾大主要控制分支。

多模型系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)擁有多個模型來應(yīng)對不同應(yīng)用場景，并且可以自主切換和調(diào)節(jié)來適應(yīng)環(huán)境，為智能控制提供了一個自然的框架。比如其中許多描述電廠不同運行模式的模型用于預(yù)測電廠系統(tǒng)的行為，而最能描述電廠的模型用于初始化新的適應(yīng)或生成新的控制輸入，來完成系統(tǒng)的延續(xù)和更新，這對故障檢測和可重構(gòu)控制等問題具有重要意義[2]。因此，當(dāng)故障發(fā)生時，適應(yīng)將從類似于它的情況開始，從而提供更快的響應(yīng)和更好的性能。

在非線性自適應(yīng)控制系統(tǒng)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已被用作有效的系統(tǒng)標(biāo)識符和控制器。它們的穩(wěn)定性得到了廣泛的研究論證，并取得了許多成果。最近，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制一類非線性系統(tǒng)的有界性的結(jié)果模型被建立，其中非線性被假定為有界，這使得控制或者自適應(yīng)系統(tǒng)有了更好地發(fā)展前景[3]。

模糊邏輯的出現(xiàn)及其應(yīng)用極大地改變了工業(yè)智能控制工程的面貌。在過去的20 年里，模糊邏輯的不斷完善使控制工程師能夠越來越輕松的應(yīng)付越來越復(fù)雜、動力學(xué)定義不明確的系統(tǒng)，并開發(fā)出對應(yīng)的有效控制器。

但與此同時，智能控制系統(tǒng)的發(fā)展也存在著許多問題，比如研究創(chuàng)新性不足、缺乏更高水平的創(chuàng)新成果、各層次智能控制人才不足等，這意味著在未來該領(lǐng)域還有很長一段路要走。

2 智能控制系統(tǒng)介紹

2.1 技術(shù)特點的介紹

智能控制技術(shù)，即結(jié)合計算機(jī)編程程序或者模擬人腦進(jìn)行智能控制。智能控制具有較為復(fù)雜的組成成分，涵蓋集成操控等?？梢酝ㄟ^驅(qū)動智能機(jī)器人獨立自主的實現(xiàn)目標(biāo)，控制過程不需要人為干預(yù)，并且智能控制具有以下主要特點[4]。

1）具有感知和認(rèn)知性：感知即為對外界環(huán)境和被控制對象本身運動狀態(tài)的感覺和測量，而認(rèn)知是能認(rèn)識所感知事物的外形、質(zhì)地、運動特征等的能力。

2）判斷、推理、決策的能力：體現(xiàn)了“智能遞增，精度遞降”的一般組織結(jié)構(gòu)的基本原理，可根據(jù)控制目標(biāo)要求和當(dāng)前所面臨的熟悉或不熟悉的環(huán)境進(jìn)行預(yù)測、規(guī)劃、決策，自動或人機(jī)交互實施有效的自主操作和控制。

3）在線學(xué)習(xí)和規(guī)劃的能力：系統(tǒng)可以自主抓住事物的主要矛盾和主要特征，通過學(xué)習(xí)事物的運動規(guī)律，進(jìn)行規(guī)劃和決策，以便掌握足夠的控制策略、被控制對象及面臨環(huán)境的有關(guān)知識和運用這些知識的能力。

4）執(zhí)行多個進(jìn)程時協(xié)調(diào)操控：若實現(xiàn)多目標(biāo)、多功能、高性能控制，須要具備多執(zhí)行機(jī)構(gòu)協(xié)同能力，并具有高度的可靠性。

2.2 系統(tǒng)組成

智能控制由許多系統(tǒng)組成，主要有模糊控制系統(tǒng)、專家系統(tǒng)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等。其中專家系統(tǒng)應(yīng)用廣泛[5]，該系統(tǒng)能夠模擬人類相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业臎Q策過程來分析、解決問題，其原理主要是依靠自主學(xué)習(xí)算法，學(xué)習(xí)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑闹R和經(jīng)驗，然后建立模型對所要解決的問題進(jìn)行推理和判斷，最后給出決策。

3 智能控制系統(tǒng)應(yīng)用分析

3.1 工程機(jī)械控制中的應(yīng)用

智能控制系統(tǒng)在工程機(jī)械中的運用，能夠提高機(jī)械控制的精確度，彌補人工控制的不足，在一定程度上提高工程機(jī)械的現(xiàn)代化水平。主要應(yīng)用的技術(shù)有超聲波、自動識別和圖像處理等[5]。

1）超聲波傳感技術(shù)：超聲波傳感技術(shù)主要是運用于特殊情況下的測距傳感，比如建筑施工過程中，在特殊情況下測量距離。超聲波測距的過程比較簡單，由發(fā)射裝置發(fā)射超聲波再由接收裝置接收，將智能控制技術(shù)運用到其中，可以減少額外測量所消耗的人力物力，克服測量精度不高等問題，甚至可以加快施工前的測量勘測周期，加快施工進(jìn)度。

2）自動識別技術(shù)：自動識別技術(shù)是應(yīng)用于某些特定識別裝置，應(yīng)用于被識別物品和識別裝置之間，由此自動地獲取該物體的相關(guān)信息，并將信息提供給后臺信息處理系統(tǒng)。自動識別技術(shù)廣泛地運用于物流信息的管理和應(yīng)用，物流企業(yè)運用相關(guān)技術(shù)，通過對快遞的條形碼等的識別，再通過機(jī)械臂等操作器械，對快遞進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分揀，極大地彌補了人工分揀容易出錯的不足、提高了分揀的效率，也可以節(jié)省物流公司的成本。

3）圖像處理技術(shù)：圖像處理技術(shù)是通過大范圍的環(huán)境信息測量，在短時間內(nèi)對收集來的信息進(jìn)行處理，以達(dá)到人們對圖像獲取的要求。例如，應(yīng)用于航空航天工程領(lǐng)域時，可以糾正圖像在由太空傳輸?shù)降孛娼邮掌鞯倪^程中由遠(yuǎn)距離傳輸對圖像造成的失真，使太空獲取的圖片更好的服務(wù)于地面科研人員的科學(xué)研究。除此之外，還可以應(yīng)用于人們的日常收發(fā)信息中，提高信息傳輸速度和效率。

3.2 智能一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

將智能控制技術(shù)應(yīng)用于智能一體化系統(tǒng)，可以提高學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)能力、提高專家控制系統(tǒng)對具體問題的分析處理能力、提高智能一體化系統(tǒng)的工作效率，使企業(yè)和智能一體化最終產(chǎn)品更具科學(xué)性和先進(jìn)性[6]。

1）智能機(jī)器人：智能機(jī)器人的應(yīng)用包含了工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)加工、家庭智能陪護(hù)、物流分揀等。對于物流中心的快遞定向分揀現(xiàn)在已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用；在農(nóng)業(yè)方面，智能機(jī)器人可以根據(jù)對氣候變化的監(jiān)測，靈活地對農(nóng)作物澆水播撒農(nóng)藥等，在噴灑藥物時，精度甚至可以達(dá)到精確噴灑樹冠；在工業(yè)生產(chǎn)中，一些精密零件的制造也往往需要借助智能機(jī)器人，智能控制下的機(jī)械臂穩(wěn)定性好，持續(xù)工作時間長，在工業(yè)生產(chǎn)中極具優(yōu)勢；而家庭智能陪護(hù)、掃地機(jī)器人等等都是智能機(jī)器人在家居方面的應(yīng)用，掃地機(jī)器人就可以根據(jù)機(jī)器的運行軌跡，繪制出家居地形平面圖，達(dá)到精準(zhǔn)清掃、減少磕碰、提高效率的目的。

2）數(shù)字控制：數(shù)字控制是一種借助數(shù)字等其他計算機(jī)可以識別的語言、對某一項工作進(jìn)行編程控制及結(jié)果演算的自動化方法。數(shù)字控制主要運用在數(shù)控機(jī)床的工廠零件加工中。智能控制系統(tǒng)可以實時監(jiān)控機(jī)床的加工狀態(tài)，同時自行建立數(shù)學(xué)模型分析加工，若檢測出故障，則對數(shù)字控制機(jī)床進(jìn)行自我故障的診斷修復(fù)，以達(dá)到對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的調(diào)整和規(guī)整的目的。對零件的加工精度也可以運用數(shù)控軟件進(jìn)行校正和補償，加入智能控制則可以提高整個過程的精確度，更好的達(dá)到生產(chǎn)需要。其加工效率也將是普通機(jī)床的2～3 倍。

3）交流伺服系統(tǒng)：交流伺服設(shè)備能將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械信號，并具有轉(zhuǎn)化技能的部件和設(shè)備，應(yīng)用智能控制，可以提高轉(zhuǎn)化效率。

4 結(jié)語與展望

智能控制系統(tǒng)作為各行業(yè)發(fā)展的重要組成部分，可以提高實際生產(chǎn)效率，減少行業(yè)成本。智能控制運用更加廣泛的時代已經(jīng)到來，智能控制想要實現(xiàn)更好的發(fā)展目標(biāo)，需要與智能一體化和工程機(jī)械等領(lǐng)域更好結(jié)合，這樣才能充分發(fā)揮自身價值，提高控制系統(tǒng)的靈活性，解放傳統(tǒng)人工控制的工作壓力，使智能控制系統(tǒng)得到新的突破。如今智能控制在自動識別等系統(tǒng)中都能得到很好的應(yīng)用效果，相信在未來，智能控制能得到更好的發(fā)展，更好的服務(wù)于人們的生活。