智能控制的價(jià)值分析及其在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

薛小晶

【摘? 要】傳統(tǒng)的機(jī)電一體化技術(shù)更注重對(duì)機(jī)械方面的發(fā)展，而隨著科技的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)的內(nèi)涵得到了豐富，如何使機(jī)械實(shí)現(xiàn)柔性化和智能化發(fā)展成為技術(shù)研究人員探索的重點(diǎn)。智能控制技術(shù)為相關(guān)研究人員提供了便利，有助于相關(guān)研究工作的開(kāi)展。論文深入分析了智能控制技術(shù)的價(jià)值，并指出了智能控制技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用的意義和現(xiàn)狀，提出通過(guò)加大研發(fā)力度、優(yōu)化應(yīng)用效果、擴(kuò)大應(yīng)用范圍等方式對(duì)2種技術(shù)進(jìn)行融合，旨在提升各行業(yè)的生產(chǎn)效率。

【Abstract】Traditional mechatronics technology pays more attention to the development of machinery. With the development of science and technology， the connotation of mechatronics technology has been enriched. How to make machinery realize the development of flexibility and intelligence has become the focus of exploration by technical researchers. Intelligent control technology provides convenience for relevant researchers and contributes to the development of relevant research work. This paper deeply analyzes the value of intelligent control technology， points out the significance and current situation of the application of intelligent control technology in mechatronics system， and puts forward the integration of the two technologies by increasing the intensity of research and development， optimizing the application effect and expanding the application scope， aiming to improve the production efficiency of various industries.

【關(guān)鍵詞】智能控制;價(jià)值;機(jī)電一體化;應(yīng)用路徑

【Keywords】intelligent control; value; mechatronics; application paths

【中圖分類號(hào)】TP273;TH-39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）10-0191-03

1 引言

我國(guó)機(jī)電一體化的研究具有起步晚、發(fā)展快的特點(diǎn)，對(duì)相關(guān)技術(shù)的要求逐步提升，科研人員必須強(qiáng)化相關(guān)工作的開(kāi)展，促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作，進(jìn)而在更大程度上提升我國(guó)科技水平。智能控制的核心就是掌握知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)，因此，智能控制系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)等特點(diǎn)，通過(guò)將智能控制和機(jī)電一體化系統(tǒng)進(jìn)行融合，必然會(huì)實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化系統(tǒng)更加完善的目標(biāo)。為更好地將兩門技術(shù)融合，需要深入探究智能控制的理論知識(shí)和價(jià)值，并明確機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展方向，進(jìn)而明確二者融合的重要意義，并結(jié)合二者當(dāng)下的融合成果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)讓兩門技術(shù)深度融合的目標(biāo)，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率。

2 智能控制的價(jià)值

在國(guó)家大力支持科研工作開(kāi)展的新時(shí)期，各領(lǐng)域都在深入探索提升生產(chǎn)效率的途徑。自動(dòng)控制領(lǐng)域也在積極轉(zhuǎn)變發(fā)展方向，力求讓相關(guān)技術(shù)向智能化方向發(fā)展。傳統(tǒng)自動(dòng)控制具有一定的局限性，在無(wú)法完成模型建立的情況下，無(wú)法對(duì)外界情況進(jìn)行感知和分析，且很難在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)繼續(xù)工作。而智能控制可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的不足，其主要價(jià)值如下：

①具有不確定性模型優(yōu)勢(shì)。對(duì)于一些難以精確建模的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，智能控制可以通過(guò)擺脫數(shù)學(xué)模型，根據(jù)直覺(jué)推理、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)以及操作技巧等智能行為，對(duì)系統(tǒng)實(shí)施控制。

②具有信息交流優(yōu)勢(shì)。通過(guò)智能控制技術(shù)，可以制造出新型信息輸入裝置和輸出裝置，此類裝置可以接受多種命令等形式的信息，與系統(tǒng)進(jìn)行信息交流，并提升輸出能力。

③具有非線性優(yōu)勢(shì)。智能控制可以解決傳統(tǒng)控制無(wú)法實(shí)現(xiàn)高度非線性控制效果的問(wèn)題，并在功能上與傳統(tǒng)控制兼容，提升控制效果。

④具有學(xué)習(xí)功能。智能控制可以實(shí)時(shí)監(jiān)控被測(cè)對(duì)象相關(guān)程序，并對(duì)已獲取的信息進(jìn)行學(xué)習(xí)和記憶，提升系統(tǒng)控制性能。

⑤具有適應(yīng)功能。智能控制可以不依賴于模型而自適應(yīng)控制，即當(dāng)系統(tǒng)中某一部分出現(xiàn)故障時(shí)，也能進(jìn)行控制，當(dāng)系統(tǒng)智能程度極高時(shí)，甚至可以自動(dòng)找出故障并進(jìn)行排除。此外，當(dāng)系統(tǒng)輸入未學(xué)習(xí)過(guò)的例子時(shí)，借助插補(bǔ)功能，也可以給出適合的輸出結(jié)果。

3 機(jī)電一體化系統(tǒng)的概念

機(jī)電一體化是指將機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)、信息技術(shù)進(jìn)行融合，進(jìn)而達(dá)到以信息技術(shù)為目標(biāo)，提高工作效率的效果，其中，信息處理技術(shù)是相關(guān)研究的關(guān)鍵部分。機(jī)電一體化的產(chǎn)品具有功能增多、體積減少、可靠性提高、節(jié)約能源等優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)代新技術(shù)革命的一大趨向。機(jī)電一體化系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖1所示。在科技高速發(fā)展的時(shí)代，為滿足企業(yè)的生產(chǎn)需求，未來(lái)的機(jī)電一體化產(chǎn)品將不再僅需要替代單一、程序化的人工勞動(dòng)，還要成為人類感官與智慧的延伸，實(shí)現(xiàn)智能化的目標(biāo)。因此，提升相關(guān)產(chǎn)品的智能化和柔性化水平以及企業(yè)生產(chǎn)效率成為機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展方向。

4 智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用的重要意義

為更好地開(kāi)展機(jī)電一體化系統(tǒng)的研發(fā)工作，可以將智能控制應(yīng)用于相關(guān)工作中，以此實(shí)現(xiàn)讓技術(shù)代替人腦，提升工作效率，減少工作中因操作流程過(guò)于枯燥、細(xì)致等原因?qū)е虏僮魇д`的問(wèn)題。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，智能控制的重要意義如下。

4.1 提高產(chǎn)品精度

在科技高速發(fā)展的時(shí)代，客戶對(duì)產(chǎn)品的精度提出了極高的要求，傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床中，雖然可以在一定程度上保證零件的精度，但依然無(wú)法滿足客戶要求。而通過(guò)使用智能控制技術(shù)，可以在多種智能化芯片的輔助下，實(shí)現(xiàn)保證生產(chǎn)效率的同時(shí)提高產(chǎn)品精度的目標(biāo)，進(jìn)而保障生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，滿足客戶的發(fā)展需求，還可以促進(jìn)我國(guó)科技水平的提升。

4.2 減少人力投入

在傳統(tǒng)的生產(chǎn)活動(dòng)中，往往需要大量的人力負(fù)責(zé)機(jī)床控制，對(duì)工作人員的工作能力、技術(shù)水平提出了較高要求，且為避免人工失誤，通常需要操作人員之間互相監(jiān)督，并在工作過(guò)程中長(zhǎng)期集中注意力，不僅需要提升操作人員的數(shù)量，還需增加其工作強(qiáng)度。而通過(guò)將智能技術(shù)融入機(jī)電一體化系統(tǒng)，可以減少人力投入。操作人員只需要具備簡(jiǎn)單的知識(shí)技能，進(jìn)行簡(jiǎn)單的流程調(diào)試工作，進(jìn)而可以在很大程度上減輕工作負(fù)擔(dān)。由此可見(jiàn)，智能控制技術(shù)的應(yīng)用，既可以保障生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，又能優(yōu)化操作流程，避免人力資源的浪費(fèi)。

4.3 提升元器件性能

通過(guò)融入智能控制技術(shù)，機(jī)電一體化系統(tǒng)中設(shè)備的元器件性能也可以得到優(yōu)化和提升，如顯示器件的分辨率可以得到提升，硬件裝置可以獲得更好的結(jié)構(gòu)模塊，且當(dāng)結(jié)構(gòu)模塊出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以及時(shí)地修正，控制裝置可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況等。通過(guò)提升元器件性能，可以使相關(guān)系統(tǒng)得到進(jìn)一步優(yōu)化，為工作人員提供更多便利，更深層次地滿足生產(chǎn)企業(yè)和客戶的實(shí)際需求。

4.4 提升系統(tǒng)可靠性

智能控制技術(shù)可以有效地對(duì)設(shè)備運(yùn)行程序進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而優(yōu)化機(jī)電一體化系統(tǒng)的性能，使其在運(yùn)行過(guò)程中更加安全可靠。

5 智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用的現(xiàn)狀

就機(jī)電一體化的總體發(fā)展方向而言，智能控制的發(fā)展可以有效地加快其發(fā)展進(jìn)程。近年來(lái)，智能控制已經(jīng)在機(jī)器人、數(shù)控、機(jī)械制造等方面都得到了應(yīng)用，并取得了顯著成果，通過(guò)控制生產(chǎn)流程，使各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到優(yōu)化，滿足不同產(chǎn)品生產(chǎn)的要求，促進(jìn)了機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展。當(dāng)前，智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的主要應(yīng)用如下。

5.1 在機(jī)械制造中的應(yīng)用

在人工生產(chǎn)過(guò)程中，不僅對(duì)工作人員的數(shù)量和能力提出更高要求，且面對(duì)復(fù)雜化、機(jī)械化的生產(chǎn)工序，難免因疲勞而出現(xiàn)人工方面的問(wèn)題，如個(gè)別產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題、生產(chǎn)出現(xiàn)疏漏等，無(wú)法保障生產(chǎn)質(zhì)量。機(jī)械制造的水平代表著我國(guó)工業(yè)制造的水平，將智能控制與計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)融入機(jī)械制造生產(chǎn)是當(dāng)下最先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)。智能控制技術(shù)可以在減輕工作人員體力勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，進(jìn)行腦力勞動(dòng)的模擬工作，在一定程度上替代腦力勞動(dòng)，完善機(jī)械制造過(guò)程，讓機(jī)械制造技術(shù)進(jìn)一步向智能化方向發(fā)展，減少操作人員的工作任務(wù)，并保障生產(chǎn)工序安全可靠。智能控制技術(shù)可以對(duì)機(jī)械制造的過(guò)程進(jìn)行模擬，對(duì)獲取的信息進(jìn)行預(yù)處理并開(kāi)展參數(shù)修改工作。這樣，在整個(gè)機(jī)械制造的流程中，可以通過(guò)執(zhí)行已經(jīng)編寫(xiě)好的程序，并在出現(xiàn)問(wèn)題的情況下將具體信息反饋到控制中心，通過(guò)分析處理進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整和修改工作，進(jìn)而采取科學(xué)的處理方案，避免事故的影響擴(kuò)大，保障機(jī)械生產(chǎn)能夠安全進(jìn)行。

5.2 在數(shù)控技術(shù)中的應(yīng)用

在科技發(fā)展的過(guò)程中，數(shù)控技術(shù)的重要性逐漸得到了體現(xiàn)，其核心就是保障產(chǎn)品加工的精度。在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，雖然可以通過(guò)數(shù)控技術(shù)提升加工精度，但其在進(jìn)行高度復(fù)雜和精密的零件加工中，還存在一定的不足，而將智能控制應(yīng)用于數(shù)控技術(shù)中，可以建立更加科學(xué)高效的操作平臺(tái)。因此，必須強(qiáng)化對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)，在完善其現(xiàn)有智能功能的同時(shí)，開(kāi)發(fā)出更多的新型智能功能，進(jìn)而優(yōu)化機(jī)械加工過(guò)程，通過(guò)盡可能多地模擬人類智能，實(shí)現(xiàn)智能數(shù)控技術(shù)編程、智能化數(shù)據(jù)管理等，為工作人員帶來(lái)便利。

例如，可以利用智能控制專家系統(tǒng)解決數(shù)控領(lǐng)域中難以確定的算法問(wèn)題，輔助技術(shù)人員開(kāi)展工作，也可以通過(guò)智能控制推理規(guī)則對(duì)數(shù)控現(xiàn)場(chǎng)故障進(jìn)行推理，協(xié)助維修人員進(jìn)行工作。此外，可以利用智能控制系統(tǒng)輔助數(shù)控機(jī)床對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的分析，以此提升零件產(chǎn)品加工的精度。

5.3 在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用

目前工業(yè)上使用的90%以上的機(jī)器人都不具備智能化特征，智能機(jī)器人具有較強(qiáng)的系統(tǒng)綜合性，需要具備動(dòng)態(tài)規(guī)劃、環(huán)境感知等能力，可用于醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、消防等領(lǐng)域。為更好地提升生產(chǎn)、教育、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域的工作效率，各國(guó)都在強(qiáng)化智能機(jī)器人的研發(fā)工作。通過(guò)將智能技術(shù)應(yīng)用于機(jī)電一體化中，可以實(shí)現(xiàn)制造智能機(jī)器人的目標(biāo)，具體體現(xiàn)在智能機(jī)器人參數(shù)控制系統(tǒng)中。智能機(jī)器人可以將傳感器作為“感覺(jué)器官”，并將控制器作為“大腦”，并利用輸出裝置對(duì)機(jī)器人的“身體”進(jìn)行控制，機(jī)械部分接受主控系統(tǒng)的控制信號(hào)作出相應(yīng)行動(dòng)，調(diào)整手臂姿態(tài)、行走路徑等，進(jìn)而在缺乏人為干預(yù)的情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，促進(jìn)社會(huì)發(fā)展，更好地滿足人們的工作和生活需求。

5.4 在交流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，伺服系統(tǒng)可以精確跟隨或浮現(xiàn)輸入過(guò)程，其組成如圖2所示。交流伺服系統(tǒng)在工作過(guò)程中，易受載荷影響，具有時(shí)變性，即其參數(shù)隨時(shí)可以改變，且交流電動(dòng)機(jī)與被控對(duì)象也存在非線性因素的問(wèn)題。通過(guò)將智能控制系統(tǒng)應(yīng)用于其中，可以借助其非線性優(yōu)勢(shì)、信息交流優(yōu)勢(shì)與不確定模型優(yōu)勢(shì)，提高交流伺服系統(tǒng)的性能，保障機(jī)電一體化系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

6 提升智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用有效性的路徑

通過(guò)上述分析可知，在未來(lái)的機(jī)電一體化系統(tǒng)中，智能控制必然占據(jù)核心地位，因此，當(dāng)下各相關(guān)領(lǐng)域都在強(qiáng)化對(duì)智能控制技術(shù)的研究，以此加快其發(fā)展速度。在科技的推動(dòng)下，智能控制系統(tǒng)必然以更加完善的功能促進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展。為更好地將兩門技術(shù)進(jìn)行融合，需要深入探索提升應(yīng)用效果的路徑，主要方法如下：

①加大研發(fā)力度。智能控制技術(shù)是一門剛剛得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)，因此，其實(shí)際開(kāi)發(fā)尚且存在一定不足。為更好地進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，必須加大研發(fā)力度，更好地提升智能控制系統(tǒng)的理論研究水平，并將理論知識(shí)用于科研實(shí)踐，推進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展。

②擴(kuò)大應(yīng)用范圍。在當(dāng)下的機(jī)電一體化領(lǐng)域中，雖然在一定程度上融入了智能控制技術(shù)，但依然有很多方向尚未將智能控制技術(shù)應(yīng)用其中，因此，必須擴(kuò)大智能控制技術(shù)的應(yīng)用空間，以此提升相關(guān)技術(shù)的研究效果，進(jìn)而提升兩門技術(shù)融合的有效性。

③優(yōu)化應(yīng)用效果。科技必然處于發(fā)展過(guò)程中，雖然當(dāng)下智能控制技術(shù)已經(jīng)在數(shù)控機(jī)床、交流伺服系統(tǒng)等多方面得到應(yīng)用，并取得較好效果，然而，研究人員依然需要繼續(xù)在相關(guān)方向開(kāi)展研究，進(jìn)而進(jìn)一步提升相關(guān)技術(shù)的完善程度，優(yōu)化系統(tǒng)性能，促進(jìn)科技、經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

7 結(jié)語(yǔ)

智能控制憑借其獨(dú)特價(jià)值在現(xiàn)代機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到了有效的運(yùn)用，為社會(huì)生活生產(chǎn)帶來(lái)了便利。而智能控制技術(shù)在發(fā)展和完善的過(guò)程中，必然會(huì)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到更加廣泛的應(yīng)用，對(duì)我國(guó)的生產(chǎn)制造產(chǎn)生更深入的影響，為更多行業(yè)帶來(lái)便利，改善人們的生活。因此，相關(guān)部門必須加大對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究力度，擴(kuò)大智能控制技術(shù)的應(yīng)用范圍和提升技術(shù)應(yīng)用效果，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)促進(jìn)科技長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)。

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