淺談機電一體化系統中智能控制的應用

馮占營

[摘要]伴隨著科學的不斷進步與發展，機電一體化系統已不斷深入并得以廣泛應用，但是隨著系統控制的環境、對象等外部因素的復雜化，智能控制在機電一體化的應用中越來越廣泛，并在機電一體化系統中發揮重要的作用。智能控制則是在這種背景下研究出來的一種新技術，其能夠顯著改善一體化控制中的許多缺陷，保證了整個一體化控制系統的順利運行。文章詳細闡述了智能控制的相關問題，并重點研究了智能控制對數控技術的影響

[關鍵詞]機電一體化；系統；智能控制

[中圖分類號]TP18 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0021-01

我國的機電一體化技術越來越成熟，在工業與農業的發展中發揮著至關重要的作用。但在實際的生活中，很多機電一體化應用中的農業與工業對象具有多層次、不確定性、非線性等特征，給機電一體化的發展帶來了很大的難題。智能控制系統的出現及應用，為機電一體化的長遠發展創造了良好的外部環境。本文將從智能系統與機電一體化的角度出發，著眼兩者的融合應用，研究機電一體化系統中智能控制的應用。

一、關于機電一體化的概述

1.1 機電一體化的含義

所謂機電一體化，又稱機械電子學，是指將電工電子技術、信息技術、接口技術、機械技術、微電子技術、傳感器技術、信號變換技術等多支技術進行有機地結合，并綜合應用到實際生產生活中去的一項綜合性的技術。

1.2 機電一體化的基本內容與組成要素及原則

機電一體化的基本內容包括以下幾個方面：一是機械技術，二是計算機與信息技術，三是系統技術，四是自動控制技術，五是傳感檢測技術，六是伺服傳動技術。機電一體化的組成要素包括：一是結構組成要素；二是運動組成要素；三是感知組成要素；四是職能組成要素。機電一體化的四大原則包括：一是結構耦合；二是運動傳遞；三是信息控制；四是能量轉換。

二、關于智能控制

2.1 智能控制的含義

所謂智能控制，就是指在無人干預的情況下能自主地驅動智能機器實現控制目標的自動控制技術，是用計算機模擬人類智能的一個重要領域，主要面向比傳統控制更為復雜、多樣的控制任務和控制目的，為當今社會的發展帶來了更為廣泛的適應空間，解決了傳統控制無法實現的復雜系統的控制。傳統的控制只是智能控制中的一個組成部分，是智能控制最底層的階段。智能控制是由多個學科相互交叉所形成的學科，它的理論基礎包括信息論、自動控制論、運籌學及人工智能等內容。

2.2 智能控制的特征

智能控制具有以下特征：一是智能控制的核心在高層控制，即組織級；二是智能控制器具有非線性特性；三是智能控制具有變結構特點；四是智能控制器具有總體自尋優特性；五是智能控制系統應能滿足多樣性目標的高性能要求；六是智能控制是一門邊緣交叉學科；七是智能控制是一個新興的研究領域。

2.3 智能控制的類型

一是集成或者混合（復合）控制；二是分級遞階控制系統；三是專家控制系統（Expert System）；四是人工神經網絡控制系統；五是學習控制系統；六是進化計算與遺傳算法；七是組合智能控制方法等。

2.4 智能控制發展的趨勢

智能控制系統具有極強的學習功能、組織功能及適應性功能，其在機電一體化方面的廣泛應用是當前智能控制的一大發展趨勢。遺傳算法、專家系統及神經網絡是應用在機電一體化系統中的最常見的四種技術，它們之間存在著相互依存、相輔相成的關系。近年來，智能控制技術在國內外已有了較大的發展，己進入工程化，實用化的階段。但作為一門新興的理論技術，它還處在一個發展時期。然而，隨著人工智能技術，計算機技術的迅速發展，智能控制必將迎來它的發展新時期。

三、智能控制在機電一體化系統中的應用

從20世紀90年代后期，機電一體化技術向智能控制發展，開辟了機電一體化技術發展的新篇章。機電一體化的未來發展必將是以智能化作為主要方向，智能控制的優劣直接決定機電一體化系統的整體水平。

3.1 智能控制在機械制造過程中的應用

機械制造是機電一體化系統中的重要組成部分，當前最先進的機械制造技術就是將智能

控制技術與計算機輔助技術有機結合，向智能機械制造技術的方向發展。其最終目標是利用先進的計算機技術取代一部分腦力勞動，從而模擬人類制造機械的活動。同時，智能控制技術利用神經網絡系統計算的方法對機械制造的現狀進行動態地模擬，通過傳感器融合技術將采集的信息進行預處理，從而修改控制模式中的參數數據。智能控制在機械制造中的應用領域包括：機械故障智能診斷、機械制造系統的智能監控與檢測、智能傳感器及智能學習等。

3.2 智能控制在數控領域中的應用

隨著科學技術的發展，我國的機電一體化技術的發展對數控技術提出了更高的要求，不僅需要完成很多的智能功能，還需要擴展、模擬、延伸等新的智能功能，從而使得數控技術可以實現智能編程、智能監控、建立智能數據庫等目標，運用智能控制技術可以實現這些目標。比如說，利用專家系統可以數控領域中難以確定算法與結構不明確的一些問題進行綜合處理，再運用推理規則將數控現場的一些數控故障信息進行推理，從而獲得維修數控機械的一些指導性建議。

3.3 智能控制在機器人領域中的應用

機器人所具有非線性、強耦合、時變性的特征主要體現在動力系統中，在控制參數的系統中機器人具有多任務及多邊變性的特征，這些特征適合智能控制技術的應用。當前智能控制技術在機器人領域中的應用主要表現在以下幾個方面：一是機器人手臂姿態及動作的智能控制；二是機器人在多傳感器信息融合與視覺處理方面的智能控制；三是機器人在行走路徑與行走軌跡跟蹤方面的智能控制；四是通過專家控制系統對機器人的運動環境進行定位、監測、建模及規劃控制等方面的探究。

3.4 智能控制在建筑工程中的應用

智能控制在建筑工程中的應用主要表現在以下幾個方面：一是智能控制在建筑物照明系統中的應用，它主要通過通信與計算機控制的聯網，對每一個時段的照明系統進行控制，主要表現在對照明時間、照明系統的節能、照明邏輯方面的智能控制；二是對建筑物內的空調進行智能控制，通過比例積分調節器閉環的方式對空調在夏季與冬季使用時的模式進行設置，可以智能地調節空調的風閥，在確保建筑內空氣質量的同時，減少能量的浪費。

3.5 智能控制在機電一體化中的效果

機電一體化是推動工業現代化的重要技術。“智能化”作為當代科技的趨勢所在，因此智能控制在機電一體化中的作用不可估量，智能控制應用于機電一體化中有以下幾點作用：優化效能：多數數控系統運用的是模塊化設計的思路和方式，有著較為廣闊的功能涉及面，裁剪性也非常好。如果是群控系統，對于相同的群控系統完全可以借助各種操作流程，進而保證系統的調整能夠符合相關標準和要求；提高精度：精度對于數控機床而言是衡量機電一體化制造技術的重要指標，直接影響著產品加工成品率的高低。與舊的設備相比，智能數控系統融合了高速CPU芯片、多CPU控制系統、RISC芯片與交流數字伺服系統，促使機床的精度得以大大的提高；程序控制：操作程序是系統運行的主要指令，根據加工產品的尺寸、精度來編制操作程序才能使產品加工后達到智能效果；改進加工：智能控制方式的運用可以縮短加工時間、優化操作流程。實現了復合加工的效果，數控機床通過智能控制滿足了多軸、多控制加工的需要，可以有效地減少人工操作次數，加工程序得到了優化和改進。

參考文獻

[1]董勇，謝士敏，機電一體化系統中智能控制的應用體會[J]，數字技術與應用，2011，（10）

[2]劉祥斌，智能控制在機電一體化系統中的應用[J]煤炭技術，2011，（7）