智能控制技術在機電一體化中的應用探究

王興鑫

摘 要 機械技術、微電子技術、電力電子技術和信息技術等共同構(gòu)成了機電一體化系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將這些技術有效融合起來，并運用到實踐中。隨著當前科技的不斷發(fā)展，信息化、智能化技術已經(jīng)融入到人們的日常工作和生活中。傳統(tǒng)的機械控制模式已經(jīng)無法滿足機電行業(yè)的發(fā)展，因此采用智能化控制是機電一體化發(fā)展的必然趨勢，相關研究人員也希望能夠通過智能控制來構(gòu)建完善科學的機電一體化系統(tǒng)。本文就智能控制在機電一體化系統(tǒng)中的應用展開了分析和研究，明確該項技術應用的優(yōu)點所在：一方面可以減少勞動力，另一方面還能夠提升機械控制的穩(wěn)定性和有效性。希望通過對智能控制的分析和研究，能夠為進一步促進智能控制應用的發(fā)展提供助益。

關鍵詞 智能控制 機電一體化 機械系統(tǒng) 智能領域

中圖分類號：TH39 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）03-0016-03

作為一項綜合性的學科，智能控制包括很多方面，比如自動控制、人工智能、信息化理論、機械理論等等。其中智能控制可以將傳統(tǒng)控制理論的缺陷予以彌補，從而實現(xiàn)更多復雜且難度較高的預期目標。智能化控制包括很多方面的技術，比如：遺傳算法控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、模糊系統(tǒng)控制、專家系統(tǒng)控制、分級遞階控制、組合智能控制、混沌控制、集成智能控制、小波理論等等。在機電一體化系統(tǒng)中，最常用的理論為運籌學、人工智能、計算機科學和控制理論等。在機電一體化系統(tǒng)中融入智能控制能夠有效減少勞動力，多數(shù)機械化的作業(yè)都能夠采用智能控制完成。最近幾年，我國市場上也出現(xiàn)了很多智能化產(chǎn)品，從當前來看，智能化產(chǎn)品在我國擁有較大市場，未來的發(fā)展前景也越來越好。

1 智能控制

1.1 智能控制的簡單介紹

在無人干涉的情況下，能夠自主操作智能機器并實現(xiàn)對目標的控制，這樣的自動控制技術就是智能控制（intelligent controls）。從發(fā)展之初到目前，控制理論到目前為止已經(jīng)有一百多年的歷史。從一開始的經(jīng)典控制理論逐步發(fā)展成為現(xiàn)代控制理論，再到大系統(tǒng)理論和智能控制理論，可以說智能控制是智能控制理論的高級階段。智能控制的思想開始于上個世紀六十年代，當時學習控制的相關研究極為活躍，因此也開發(fā)出諸多研究方式，以此來解決關于控制系統(tǒng)的相關問題[1]。在1965年，美國普渡大學傅京孫（K.S.Fu）教授就率先將AI啟發(fā)推理的規(guī)則應用到控制系統(tǒng)中。智能控制理論的研究和應用是現(xiàn)代控制理論在深度和廣度方面的拓展。從上個世紀八十年代開始，信息技術就開始快速發(fā)展起來，信息技術和其他技術不斷融合，其將傳統(tǒng)控制理論中的諸多缺陷一一克服，并以此來有效控制更為復雜的系統(tǒng)。

1.2 智能控制與傳統(tǒng)控制的比較

在確定模型的基礎上展開的控制就是傳統(tǒng)控制。傳統(tǒng)控制存在諸多弊端，比如針對工業(yè)過程中的干擾項無法有效預測，進而不能構(gòu)建模型。而這類問題智能控制都能夠輕松解決，因為研究對象模型可以有一定區(qū)間的變動。相對于傳統(tǒng)控制而言，智能控制更接近于人的思維，其擁有足夠多的有關人的控制方式、控制對象和控制環(huán)境，并能夠很好的應用這些知識。其一般采用的是能夠以知識來表現(xiàn)的非數(shù)學廣義模型以及用數(shù)學來表現(xiàn)的混合控制過程，采用了定性和定量控制相結(jié)合的多模態(tài)控制方式。智能控制的思路和人類思維非常接近，可以說其采用的是人腦控制方法來進行有效控制[2]。傳統(tǒng)控制和智能控制的區(qū)別具體

如下：

第一，智能控制也包括傳統(tǒng)控制，可以說它是傳統(tǒng)控制的升級版。相對于傳統(tǒng)控制而言，智能控制的綜合性更強，對于系統(tǒng)可以展開整體優(yōu)化。從結(jié)構(gòu)層面來看，智能控制的結(jié)構(gòu)有多種，包括分布式分級式以及開放式，這些結(jié)構(gòu)都要比傳統(tǒng)控制更加先進。

第二，智能控制涉及的學科較多，其在理論系統(tǒng)方面也要比傳統(tǒng)控制更加全面。智能控制系統(tǒng)所包含的知識面更廣，不管是控制策略，還是控制對象等相關知識及這些知識的應用能力，智能控制系統(tǒng)都具備。其屬于能夠用知識來表示的非數(shù)學廣義模型以及以數(shù)學表示的混合控制系統(tǒng)。智能控制的方式主要有開閉環(huán)控制以及定性和定量相結(jié)合的控制。

1.3 智能控制所采用的主要方法

從當前實際來看，智能控制所采用的主要方法有：遺傳算法控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、模糊系統(tǒng)控制、專家系統(tǒng)控制、分級遞階控制、組合智能控制、混沌控制、集成智能控制、小波理論等等。

1.4 智能控制技術和機電一體化技術

機電控制的傳統(tǒng)理論是智能控制的基礎所在。相對而言，智能控制較為開放，其可以對相關信息展開綜合性處理。在機電一體化系統(tǒng)中，采用智能控制技術能夠更有效地提升相關技術[3]。因此，在具體采用智能控制時，應該將眼光放長遠，不能夠只局限在系統(tǒng)的自動化處理和高度自控方面，應該對機電一體化技術展開整體優(yōu)化升級。

智能化控制所涉及的學科非常多，包括：運籌學、自動控制理論及人工智能技術等，正因為如此，所以可以完成諸多較為復雜的任務目標。這樣的能力是傳統(tǒng)控制法所無法比較的。

我國機電一體化系統(tǒng)發(fā)展較為滯后，但隨著時代的發(fā)展，該行業(yè)近年來發(fā)展速度非?？?。在機電一體化系統(tǒng)中融入了光學、通信技術、微細加工方法等等先進技術，隨后產(chǎn)生了兩大發(fā)展方向，分別為：光電一體化方向和微機電一體化方向。隨著該行業(yè)的進一步發(fā)展，如今，人工智能控制技術、神經(jīng)網(wǎng)絡技術等高端科技技術也開始融入到人工智能控制中，這樣就更進一步促進了機電一體化的發(fā)展，相關行業(yè)也獲得了較大進步。

2 智能控制在機電一體化系統(tǒng)中所起的作用

從當前來看，在機電一體化系統(tǒng)中，智能控制都進行了有效應用。在機械制造中，智能控制主要應用的領域為：智能傳感器與智能學習，機械制造系統(tǒng)的智能監(jiān)控和檢測以及機械故障智能診斷等。隨著我國機電一體化發(fā)展的逐步深入，相關行業(yè)對于數(shù)控技術的要求也越來越高。因此將智能控制應用到機電一體化數(shù)控技術中，能夠更快的明確在數(shù)控機械加工過程中出現(xiàn)的問題，并及時解決問題，確保數(shù)控機械加工過程獲得進一步優(yōu)化[4]。

當前，我國社會在不斷發(fā)展，相應的科學技術也在不斷進步中。在這樣的大環(huán)境下，市場競爭也愈加激烈。對于諸多企業(yè)而言，其在展開市場競爭時最重要的競爭力就是企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和性能，而產(chǎn)品的質(zhì)量與性能則取決于生產(chǎn)過程中機床的精度。隨著人們生活水平的不斷提升，民眾對于智能化的需求也在不斷提升。正因為如此，所以將智能控制有效應用到機電一體化系統(tǒng)中可以更好地優(yōu)化機器性能，提升機床精確度，更好地滿足社會和民眾的實際需求。在機電一體化系統(tǒng)中，智能控制在不斷融合和發(fā)展，這樣不僅僅能夠?qū)ο嚓P操作流程予以優(yōu)化，同時還能夠有效節(jié)省相關系統(tǒng)操作時間，使企業(yè)的生產(chǎn)效率獲得進一步提升。

3 智能控制技術在機電一體化中的應用

3.1 智能控制在機械制造過程中的應用

在機電一體化系統(tǒng)中，智能控制主要應用在機械制造領域。在該領域，智能控制可以在機械系統(tǒng)中進行模擬專家智能活動，這在一定程度上可以有效代替一部分人腦活動。因為智能控制具有神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊數(shù)學功能，其可以借助這些功能來對機械制造過程中的某些行為進行有效分析，并能夠智能化地處理相關問題[5]。在機械制造領域中，很多方面都可以采用智能控制，比如說對機械故障的智能化診斷、智能學習、智能結(jié)論、相關零部件的可靠性分析、零部件的優(yōu)化設計、制造系統(tǒng)監(jiān)控以及智能化檢測、智能控制加工過程等等。

3.2 智能控制在交流伺服系統(tǒng)中的應用

在機電一體化的交流伺服系統(tǒng)中，對智能控制也展開了一系列的引用。交流伺服系統(tǒng)是機電一體化非常重要的一部分，其屬于一種轉(zhuǎn)換部件，主要的功能就是將電信號轉(zhuǎn)化成為機械化動作。其能夠?qū)ο到y(tǒng)功能、質(zhì)量以及動態(tài)性能有決定性作用。在該系統(tǒng)中，智能控制主要發(fā)揮了其電力電子技術功能，有效地提升了交流調(diào)速系統(tǒng)性能。同時還能夠確保交流伺服系統(tǒng)積極應對一些不確定的因素。從任務對象層面來看，智能控制比較適合在一些難度高、任務重的復雜環(huán)境中應用。其更注重識別環(huán)境和符號，設計推理結(jié)構(gòu)知識庫。這一點和傳統(tǒng)控制有很大區(qū)別，傳統(tǒng)控制更注重的是采用傳遞函數(shù)、動力學方程等來對系統(tǒng)展開描述。也正因為如此，所以在機電一體化系統(tǒng)中，智能控制應用在交流伺服系統(tǒng)中有非常大的作用。

3.3 智能控制在機器人領域的應用

在機電一體化系統(tǒng)的機器人領域中，智能控制同樣也被廣泛應用。從我國當前現(xiàn)狀來看，機器人是我國智能化科技發(fā)展和創(chuàng)新的主要力量。對于智能控制而言，其應用到機器人中需要有極為嚴格和精密的控制。如果采用傳統(tǒng)控制，那么很難實現(xiàn)機器人的完全無人化，而且在某些方面依然需要采用人工操作，這樣一來就談不上是智能機器人[6]。而如果將智能控制應用到機器人領域中，就可以有效改變機器人在傳統(tǒng)模式中的線性、固定性以及不實用性的動力學控制，從而實現(xiàn)非線性、時變和強耦合，再到控制參數(shù)方面的多變量性，而且可以展開多任務控制。智能控制在機器人領域的應用大體有以下三個方面：

第一，機器人行進線路控制。從目前來看，針對機器人的研究技術越來越高，因此機器人的人工智能化程度也越來越高。而機器人的外形以及其行動方式都是模仿人類，所以具備行走功能的機器人就需要采用智能控制來對掌控行動的滾輪角度展開監(jiān)測和調(diào)整，進而實現(xiàn)其行走的目的。一般來說會先設定好行動路線，且對集群行動線路控制中采用模糊控制，將機器人的行動誤差控制在一定范圍內(nèi)，確保其行走的準確性。第二，機器人行動計劃控制。一般智能化機器人在行動過程中需要結(jié)合實際情況來對其處在的位置展開判斷，因此智能控制應該先設定好智能機器人的行動路線，并在確保路線恒定的情況下展開分布式行動控制，這樣就能夠準確地實現(xiàn)機器人的障礙物避讓功能，使智能機器人行為更加協(xié)調(diào)。第三，有效實現(xiàn)智能機器人的思考功能。當前已經(jīng)有一部分專家學者針對機器人的思考功能展開研究，他們希望能夠研究出一種能夠在亞原子狀態(tài)下運行的電子芯片，并通過芯片的運算能力來對目前機器人存在的處理器運算速度不足的問題予以解決。通過智能控制，使機器人模仿人類大腦，對需要的數(shù)據(jù)展開快速搜索并進行判斷，最終獲得最佳的方案，這樣就成功模擬了機器人的類人類思維。

從某種意義上來說，機器人對于智能控制的需求是必然的，也是極為龐大的。它的每一個部分和每一項功能都需要智能控制的參與。比如說，機器人的行走路徑、機器人定位、環(huán)境建模以及檢測等等。

3.4 智能控制在數(shù)控領域的應用

在機電一體化系統(tǒng)的數(shù)控領域方面，智能控制應用也較為廣泛。數(shù)控系統(tǒng)需要達到高速性、高精確度以及高可靠性，且需要展開高效處理拓展和模擬智能行為等功能。比如說能夠確保數(shù)控系統(tǒng)擁有感知加工環(huán)境、規(guī)劃能力以及自主學習和組織能力等類人類的智能行為。從當前來看，在數(shù)控系統(tǒng)中，最核心的技術就是可以構(gòu)建一個清晰的數(shù)學模型[7]。為了能夠進一步體現(xiàn)出數(shù)控功能，智能系統(tǒng)也逐步引進數(shù)控系統(tǒng)中。通過智能控制中的模糊控制，能夠進一步對數(shù)控領域中的控制加工予以優(yōu)化。通過智能控制中的模糊推理規(guī)劃功能，可以有效診斷數(shù)控機床出現(xiàn)的問題和故障。另外，智能控制還能夠?qū)C器人系統(tǒng)能力進行優(yōu)化。機器人系統(tǒng)是將多項智能系統(tǒng)組合在一起，從而實現(xiàn)機器人和人類相似的目標，其擁有一定的智能性，因此也需要有效融入智能控制。在數(shù)控領域中，智能控制在很多方面都有應用，因此需要我們對其展開進一步探索，使其能夠在應用過程中提升效率。

4 結(jié)語

綜上可以明確，隨著當前科技和社會的進一步發(fā)展，智能控制技術已經(jīng)在工業(yè)的諸多領域中獲得極為普遍的應用，特別是在機電一體化系統(tǒng)中，智能控制已經(jīng)成為該系統(tǒng)運行和發(fā)展中不可或缺的一項技術。其在機電一體化系統(tǒng)中的應用極為廣泛，比如說數(shù)控系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)以及機器制造系統(tǒng)等等。因為在工業(yè)生產(chǎn)中，機電一體化系統(tǒng)的應用越來越廣泛，且重要程度也在不斷提升。在這種外部大環(huán)境之下，傳統(tǒng)控制已經(jīng)無法滿足機電一體化系統(tǒng)的發(fā)展。因此，智能控制應用到該系統(tǒng)中才能夠促進其能力有效發(fā)揮出來，進而為我國社會主義建設貢獻更大的力量。

參考文獻：

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[2] 同[1].

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[6] 高文璇.機電一體化系統(tǒng)中智能控制的實踐[J].科技創(chuàng)新導報，2020（09）：63-64.

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