智能控制工程在機(jī)械電子工程中的運(yùn)用

王佳男 黃詩(shī)瑤

摘 要：為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高生產(chǎn)力水平，智能控制工程在機(jī)械電子工程中得到了廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮了非常突出的作用。因此，文章探究智能控制工程在機(jī)械電子工程中的運(yùn)用，提出了應(yīng)用集成自動(dòng)控制技術(shù)、模糊控制工程、魯棒性、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、預(yù)測(cè)控制高速液壓機(jī)的有效措施，可為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：智能控制工程;機(jī)械電子;工程

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）11-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.018

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展的推進(jìn)，各行各業(yè)對(duì)于機(jī)械電子產(chǎn)品的應(yīng)用越來(lái)越多，人們對(duì)于機(jī)械電子產(chǎn)品自動(dòng)化、智能化功能的實(shí)現(xiàn)也提出了更高的要求。機(jī)械電子工程行業(yè)有效融入智能控制技術(shù)，可以使產(chǎn)品具有更強(qiáng)的實(shí)用性，操作性得到相應(yīng)提高，進(jìn)一步滿足行業(yè)發(fā)展需求。

1 機(jī)械電子工程以及智能控制工程分析

1.1 機(jī)械電子工程

機(jī)械電子工程，具體來(lái)說(shuō)，是基于機(jī)械工程實(shí)現(xiàn)發(fā)展的一種現(xiàn)代化工程。發(fā)展初期，機(jī)械工程的控制通過(guò)人工完成，生產(chǎn)能力并不高。但是，隨著機(jī)械工程中對(duì)于電子技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多，生產(chǎn)效率得到極大提高。與之前的機(jī)械工程相比，目前的機(jī)械電子工程具有很多優(yōu)勢(shì)，有助于提高產(chǎn)品性能。此外，電子機(jī)械工程內(nèi)部，利用信息交流功能，保障了機(jī)械電子工程的優(yōu)化和發(fā)展[1]。

1.2 智能控制工程

智能控制工程的基礎(chǔ)理論是控制論，將其逐步演化之后，成為了當(dāng)前的控制工程。該項(xiàng)工程內(nèi)容的應(yīng)用，融合了計(jì)算機(jī)以及信息技術(shù)等現(xiàn)代化理論，有助于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的目標(biāo)，提高系統(tǒng)的可操作性。通過(guò)對(duì)工程的智能控制，結(jié)合多種技術(shù)，可以充分保障其實(shí)用性及穩(wěn)定性。目前，各個(gè)領(lǐng)域中使用的智能控制技術(shù)便應(yīng)用了現(xiàn)代化技術(shù)與設(shè)備，將其與智能控制工程充分結(jié)合，滲透在工程及系統(tǒng)中，可完成協(xié)調(diào)控制的目標(biāo)，滿足行業(yè)的發(fā)展需求。

2 機(jī)械電子工程中應(yīng)用智能控制工程的優(yōu)勢(shì)

在機(jī)械電子工程中，使用智能化技術(shù)，能夠?qū)⒅胺爆嵉牟僮髁鞒毯?jiǎn)化，規(guī)避人為操作產(chǎn)生的問(wèn)題，進(jìn)而使電子工程運(yùn)行有更高的效率以及質(zhì)量，保證了機(jī)械電子工程的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。此外，整體控制能力也有所提高，強(qiáng)化了機(jī)械電子工程的各項(xiàng)環(huán)節(jié)[2]。

2.1 規(guī)避人為因素造成的不當(dāng)操作

智能化技術(shù)有非常高的靈活性，在機(jī)械電子工程施工中應(yīng)用智能化控制技術(shù)，能夠進(jìn)一步發(fā)揮其靈活性優(yōu)勢(shì)，改善之前電子工程設(shè)計(jì)施工中存在的不足。機(jī)械電子工程的設(shè)計(jì)及應(yīng)用會(huì)因?yàn)橐恍┲饔^因素產(chǎn)生不良影響，所以，通過(guò)智能化控制技術(shù)能夠全方位監(jiān)督系統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工，避免由于人為因素產(chǎn)生不必要的風(fēng)險(xiǎn)和問(wèn)題，對(duì)問(wèn)題給出相應(yīng)的判斷和反應(yīng)，使問(wèn)題的解決更具針對(duì)性，也能確保機(jī)械電子系統(tǒng)正常且穩(wěn)定運(yùn)行。此外，應(yīng)用智能化技術(shù)還能協(xié)調(diào)每個(gè)系統(tǒng)及設(shè)備，調(diào)整和優(yōu)化可控指標(biāo)，提高電氣設(shè)施施工質(zhì)量，提高系統(tǒng)運(yùn)行水平。

2.2 保障數(shù)據(jù)的一致性

技術(shù)材料、環(huán)境、施工條件、工作人員等因素都會(huì)對(duì)機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)施工質(zhì)量產(chǎn)生影響，一旦設(shè)計(jì)方案有問(wèn)題，且無(wú)法及時(shí)得到解決，會(huì)使施工過(guò)程發(fā)生很多變化，使數(shù)據(jù)分析結(jié)果存在偏差，對(duì)數(shù)據(jù)的完整獲取產(chǎn)生不利影響。通過(guò)智能化控制技術(shù)，可以全方位收集數(shù)據(jù)信息，以免數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤和遺漏。此外，可以提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，使其效率更高，結(jié)合不同技術(shù)形式，采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法，能使機(jī)械電子設(shè)計(jì)有更強(qiáng)的科學(xué)性、有效性，完善最終的質(zhì)量和效果[3]。

2.3 強(qiáng)化整體控制能力

智能化控制技術(shù)與機(jī)械電子工程充分結(jié)合后，能夠及時(shí)反饋系統(tǒng)和設(shè)備的數(shù)據(jù)。智能化控制器可以保障生產(chǎn)的正常進(jìn)行，并發(fā)揮自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)作用，第一時(shí)間解決隱患，獲取正確的反饋信息。此外，還可以遠(yuǎn)程控制生產(chǎn)設(shè)備，增強(qiáng)企業(yè)整體運(yùn)行控制能力。

2.4 強(qiáng)化機(jī)械電子工程模塊，簡(jiǎn)化自動(dòng)化模型控制

機(jī)械電子工程的突出性質(zhì)便是模塊化，在之前的機(jī)械電子工程中，對(duì)于模塊的使用還有很多不完善之處，且模型控制非常復(fù)雜。目前，通過(guò)智能化控制技術(shù)系統(tǒng)整理數(shù)據(jù)，加以分析之后，能夠提高系統(tǒng)的控制效果，使生產(chǎn)運(yùn)行的效率更高，進(jìn)一步保障質(zhì)量，增強(qiáng)參數(shù)運(yùn)行的精準(zhǔn)性，預(yù)防設(shè)備和工藝的運(yùn)行故障。此外，可以簡(jiǎn)化機(jī)械電子工程系統(tǒng)模塊控制，從本質(zhì)上減少模型控制，進(jìn)一步強(qiáng)化工作的整體效益。

3 智能控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用問(wèn)題

我國(guó)機(jī)械電子工程已經(jīng)經(jīng)過(guò)了幾十年努力和發(fā)展，智能控制技術(shù)研究也逐漸成熟。在機(jī)械電子工程中，智能控制應(yīng)用也有一段時(shí)間，積累了一些技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。但是，隨著經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展，智能控制在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用局限性逐漸凸顯。我國(guó)具有較大的潛在市場(chǎng)和豐富的勞動(dòng)力資源，以至于機(jī)械電子工程建設(shè)速度較慢，智能控制工程已經(jīng)成為了國(guó)外先進(jìn)成熟技術(shù)，而在國(guó)內(nèi)還屬于新興技術(shù)。因此，在機(jī)械電子工程中智能控制工程還存在一些不足，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，企業(yè)應(yīng)變能力相對(duì)較差。如今，市場(chǎng)瞬息萬(wàn)變，需求存在多樣化特點(diǎn)。機(jī)械電子工程若想在市場(chǎng)中占據(jù)有利地位，需要有先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)作為支撐。在該時(shí)代背景下，企業(yè)盡管響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，積極利用智能控制工程，但是由于部分企業(yè)應(yīng)變能力相對(duì)較差，根據(jù)訂單裝配MT0，根據(jù)定點(diǎn)制造MT0，根據(jù)訂單設(shè)計(jì)MTD，大規(guī)模定制MC，忽略了智能控制技術(shù)的根本，以至于難以充分發(fā)揮出智能控制工程價(jià)值。該問(wèn)題是機(jī)械電子工程中智能控制工程應(yīng)用的最大一點(diǎn)問(wèn)題。機(jī)械電子工程涉及行業(yè)較多，生產(chǎn)、采購(gòu)較為復(fù)雜，可以靈活利用智能控制工程，優(yōu)化企業(yè)應(yīng)變能力，能夠提高機(jī)械電子工程工作質(zhì)量和效率。

第二，成本計(jì)算不夠準(zhǔn)確，成本控制相對(duì)較差。人工成本核算，通常只能計(jì)算產(chǎn)品成本，沒(méi)有辦法計(jì)算零部件成本。在機(jī)械電子工程中，成本費(fèi)用分?jǐn)傒^為粗糙，沒(méi)有精密、細(xì)致預(yù)算和估算。在利用智能控制工程后，可以利用電腦計(jì)算歸集大量成本數(shù)據(jù)采集，但是部分企業(yè)在使用時(shí)存在操作不當(dāng)情況，以至于計(jì)算機(jī)估算和預(yù)算數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)去，這不僅會(huì)影響到智能控制工程的發(fā)展、阻礙機(jī)械制造工藝進(jìn)展，還會(huì)影響到成本計(jì)算準(zhǔn)確性，無(wú)法有效協(xié)助控制成本。該種利用智能控制工程還無(wú)法提高成本計(jì)算準(zhǔn)確性的問(wèn)題，阻礙了智能控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用。

第三，信息較為分散、不準(zhǔn)確、不及時(shí)、不共享。在機(jī)械電子工程中，涉及諸多內(nèi)容，這些內(nèi)容之間涉及到大量信息交換。利用傳統(tǒng)機(jī)械工程模式，是利用人工管理信息，該種管理模式速度相對(duì)較慢，若可以利用智能控制工程，輔助管理信息，可以有效提高速度。但是，根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，現(xiàn)階段機(jī)械電子工程中，雖然利用智能控制工程，但是管理較為分散，缺乏完善的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等。從中可以看出，想要在機(jī)械電子工程中靈活利用智能控制工程，需要先解決信息分散、不準(zhǔn)確、不及時(shí)、不共享的問(wèn)題，保證管理決策科學(xué)性。

4 智能控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用

4.1 集成自動(dòng)控制技術(shù)

電子工程對(duì)于集成自動(dòng)控制技術(shù)的使用，便是典型的智能控制。所以，在機(jī)械電子工程的每個(gè)步驟當(dāng)中都有廣泛應(yīng)用。該項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)為現(xiàn)代化信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)，使其集成自動(dòng)控制技術(shù)，有益于現(xiàn)代化信息技術(shù)得到創(chuàng)新和優(yōu)化，保障了機(jī)械電子工程系統(tǒng)功能的完善性。

在機(jī)械電子工程當(dāng)中，對(duì)于集成自動(dòng)控制技術(shù)的使用，可以使控制以及管理得到統(tǒng)一，進(jìn)一步發(fā)揮機(jī)械電子工程設(shè)備的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，保障設(shè)備之間的協(xié)調(diào)性，推動(dòng)機(jī)械電子工程的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高效化、快速化的發(fā)展目標(biāo)，提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。對(duì)于機(jī)械電子工程設(shè)備開(kāi)展的生產(chǎn)以及運(yùn)行，自動(dòng)控制技術(shù)的集成，可對(duì)設(shè)備的各類信息有效收集并加以整合，有益于生產(chǎn)以及運(yùn)行流程的進(jìn)一步完善?；谥暗目刂葡到y(tǒng)，集成自動(dòng)控制技術(shù)研發(fā)自動(dòng)控制功能系統(tǒng)，并在應(yīng)用中使其越來(lái)越完善，在當(dāng)前機(jī)床電子設(shè)備中的作用和價(jià)值非常顯著，不斷提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[4]。

4.2 模糊控制工程

之前，對(duì)于機(jī)械電子工程控制的使用，采用的加工工藝十分繁瑣，操作量大且沒(méi)有較高的生產(chǎn)率，因此改進(jìn)之前的控制方法，構(gòu)建了現(xiàn)代化控制模型，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的機(jī)械電子工程控制效果。

當(dāng)前，模糊控制工程在工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，該項(xiàng)理論與之前的控制理論區(qū)別較大，模糊控制理論強(qiáng)調(diào)模糊控制中的絕對(duì)精準(zhǔn)度，進(jìn)而確定可能產(chǎn)生的誤差范圍，在這一范圍內(nèi)開(kāi)展控制工作，可自動(dòng)降低控制難度。對(duì)于模糊控制工程的使用，工作人員還要深入分析和研究機(jī)械電子工程出現(xiàn)的誤差范圍，強(qiáng)化模糊控制技術(shù)的精準(zhǔn)性，也使機(jī)械電子工程可以更加精準(zhǔn)地應(yīng)用模糊控制技術(shù)。

4.3 魯棒性

在當(dāng)前的發(fā)展環(huán)境中，對(duì)于機(jī)械電子工程的使用，非常關(guān)鍵的一項(xiàng)特征便是智能控制工程中的魯棒性，一旦有外界干擾產(chǎn)生時(shí)，魯棒性設(shè)備可以保持系統(tǒng)之前的性能，并控制工程中的各個(gè)設(shè)備。具體來(lái)說(shuō)，魯棒控制是對(duì)一個(gè)控制器加以設(shè)計(jì)，進(jìn)而滿足其所需的性能指標(biāo)，比較簡(jiǎn)單的魯棒性控制系統(tǒng)如圖1所示。

外界因素在對(duì)其產(chǎn)生干擾的情況下，可以對(duì)系統(tǒng)的某個(gè)性能加以把控，使其不會(huì)發(fā)生任何的改變，所以，多變量型魯棒控制系統(tǒng)在機(jī)械制造當(dāng)中的使用非常廣泛。例如，機(jī)械電子工程控制系統(tǒng)當(dāng)中的魯棒性，在制造柔性臂軌跡時(shí)，一般要對(duì)滑膜結(jié)構(gòu)控制制造過(guò)程，基于滑膜結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，研發(fā)慢變控制器，依托Hx控制理論開(kāi)發(fā)魯棒控制器，使得系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步優(yōu)化。通過(guò)對(duì)操作軌跡模擬過(guò)程的充分研究，借助計(jì)算補(bǔ)償法可對(duì)滑膜結(jié)構(gòu)、Hx的控制理論加以控制，以保障目標(biāo)軌跡當(dāng)中控制系統(tǒng)有良好的運(yùn)行以及控制精度。

4.4 預(yù)測(cè)控制技術(shù)

在機(jī)械電子工程中，對(duì)于預(yù)測(cè)控制技術(shù)的使用，能夠有效預(yù)測(cè)出設(shè)備的運(yùn)行情況，并依照相應(yīng)的結(jié)果控制設(shè)備，進(jìn)而對(duì)生產(chǎn)提出的需求給予滿足。例如，應(yīng)用高速液壓機(jī)時(shí)，為對(duì)生產(chǎn)需求給予滿足，要提高轉(zhuǎn)速、增加壓力，使設(shè)備不斷加大負(fù)載沖擊，使設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)生超調(diào)故障，影響了精度以及安全性。

目前，應(yīng)用預(yù)測(cè)控制技術(shù)，依據(jù)為高速液壓機(jī)系統(tǒng)，構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，控制運(yùn)行速度以及運(yùn)行壓力。預(yù)測(cè)輸出值便可精準(zhǔn)預(yù)測(cè)運(yùn)行誤差，使其在運(yùn)行時(shí)得到把控，消除運(yùn)行速度以及壓力誤差，強(qiáng)化精度。

4.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是以生物學(xué)為基礎(chǔ)的控制研究，連接多個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元，構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)神經(jīng)元都是較為簡(jiǎn)單的，然而，所有神經(jīng)元連接在一起，便會(huì)成為具有較高復(fù)雜度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，可以大規(guī)模處理數(shù)據(jù)，由于該種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有和人類相似的適應(yīng)學(xué)習(xí)能力，致使其逐漸向著人工智能化方向發(fā)展[5]。

在智能機(jī)械電子工程控制系統(tǒng)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。例如，在數(shù)控機(jī)床控制中，工作人員可以改變數(shù)控機(jī)床切割過(guò)程中不確定的特點(diǎn)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制工程系統(tǒng)，提高數(shù)控機(jī)床加工質(zhì)量和效率，保證機(jī)械電子工程安全性[6]。

4.6 預(yù)測(cè)控制高速液壓機(jī)

現(xiàn)階段，在液壓機(jī)技術(shù)中，高壓、高速化是非常重要的發(fā)展趨勢(shì)。最近幾年，隨著速度的提高與壓力的增加，導(dǎo)致負(fù)載慣性變大，這回導(dǎo)致系統(tǒng)超調(diào)變大和精度降低。利用預(yù)測(cè)控制技術(shù)，解決液壓機(jī)高速、高壓化引起的不良影響[7]。

預(yù)測(cè)控制的基本原理主要是結(jié)合采樣時(shí)刻及之前的系統(tǒng)輸出歷史數(shù)據(jù)，創(chuàng)建系統(tǒng)輸出預(yù)測(cè)模型，然后把預(yù)測(cè)模型作為基礎(chǔ)，得到預(yù)測(cè)輸出值，預(yù)測(cè)計(jì)算系統(tǒng)誤差變化，結(jié)合計(jì)算結(jié)果，確定控制器輸出，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提前控制模式。利用該種手段，即便數(shù)據(jù)較少且受到各種外界因素的影響，還是可以獲得較高的預(yù)測(cè)精度，因此，特別適用于液壓機(jī)為代表的電液伺服系統(tǒng)的快速預(yù)測(cè)控制，有助于提高預(yù)測(cè)效果。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段，機(jī)械電子工程生產(chǎn)中對(duì)于智能控制工程的有效應(yīng)用，使其開(kāi)始面向智能化以及信息化發(fā)展。此外，智能控制工程中使用與機(jī)械電子工程的發(fā)展之間的有效結(jié)合，充分發(fā)揮其自身的功能作用，有益于推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展。

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