智能控制技術在機電一體化系統(tǒng)中的應用

鄭恒

摘 要：基于當前控制系統(tǒng)在機電一體化應用中存在的問題，闡述了智能控制技術的基本概念，并研究了智能控制技術在機電一體化系統(tǒng)中的應用方法。研究結果表明，要想使機電一體化系統(tǒng)具有高效性，就必須先實現(xiàn)系統(tǒng)的智能控制。

關鍵詞：智能控制；機電一體化；交流伺服系統(tǒng)；機器人

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.06.154

本文列舉了智能控制技術在多個機電一體化系統(tǒng)中的應用過程，目的是為相關單位提供一定的理論依據(jù)。目前，智能控制技術已廣泛運用于各類工業(yè)生產(chǎn)中。因此，將智能控制技術應用于機電一體化具有一定的可行性和實用性。

1 智能控制技術的基本概念

智能控制技術是指在無人工干預的情況下，自主驅動機械設備的控制技術，即一種機械的自動控制方式。智能控制是通過自動控制、人工智能和運籌學三部分來實現(xiàn)的。其中，自動控制是一種具有動力學特性的動態(tài)反饋系統(tǒng)；人工智能是一種具有信息處理功能、學習功能、記憶功能和語言表達功能的知識處理系統(tǒng)；運籌學是對機械進行定量處理的優(yōu)化方法，具體內(nèi)容包括線形規(guī)劃設計、網(wǎng)絡規(guī)劃管理和科學調(diào)度等。智能控制技術的應用需要建立在原有機器控制系統(tǒng)的數(shù)學模型的基礎上，從而解決時間、線性等簡單的系統(tǒng)控制問題，最終解決難度較大的機械設備運行控制問題。

2 智能控制在機電一體化中的應用

2.1 交流伺服系統(tǒng)

交流伺服系統(tǒng)是機電一體化系統(tǒng)中重要的組成部分之一，將智能控制技術應用于其中是提高工業(yè)生產(chǎn)效率的有效措施。交流伺服系統(tǒng)是一種通過轉化電信號來控制機械的轉換裝置系統(tǒng)。交流伺服系統(tǒng)的運行過程比較復雜，導致其存在負載擾動、運行參數(shù)變化和強耦合等問題。在此情況下，難以保證數(shù)學模型的精確度，只能建立與實際運行情況相似的數(shù)學模型，但這樣難以滿足工業(yè)生產(chǎn)對交流伺服系統(tǒng)的高要求。而應用智能控制技術后，交流伺服系統(tǒng)可在不建立精確度較高的數(shù)學模型和無精準的系統(tǒng)控制器參數(shù)的情況下，動態(tài)調(diào)整各種運行指標，從而滿足工業(yè)生產(chǎn)的實際要求。

2.2 設備裝置系統(tǒng)

在機械設備的裝置系統(tǒng)中應用智能控制技術后，能使設備的裝置元件轉變?yōu)橹悄芑Ｔ谏锛夹g行業(yè)、石油化工行業(yè)、經(jīng)濟儀器制造行業(yè)以及節(jié)能環(huán)保領域，智能控制技術均具有一定的應用優(yōu)勢。具體而言，在企業(yè)的數(shù)據(jù)信息管理過程中應用智能控制技術時，需要相關工作人員詳細了解企業(yè)的實際運行情況，并根據(jù)配備的自動化元件、智能化元件、系統(tǒng)硬件和相關軟件設施構建商務智能系統(tǒng)。在此情況下，管理人員便能利用數(shù)據(jù)倉庫技術、數(shù)據(jù)挖掘技術和聯(lián)機分析處理技術管理，從而提高企業(yè)的信息管理效率。此外，應用智能控制技術還能減少企業(yè)在人力、物力和財力等方面的投入。

目前，智能控制技術還被廣泛應用于家居行業(yè)中，衍生出了諸多具有自動化功能的家裝設備裝置。具體的自動化家裝設備裝置分為3類，即具有總線連接器的家電、家居控制器和智能化家電。這些設備裝置具有的自動化功能與智能控制技術元件有很大的聯(lián)系。具體而言，通過家居設備裝置中的智能元件、藍牙信號接收器和數(shù)據(jù)信息的傳輸接口等可實現(xiàn)自動化控制。此時，家居設備裝置能主動地將家電的實時運行狀態(tài)傳送至相應的智能控制器，并在智能控制器處理后發(fā)出執(zhí)行指令。

2.3 設備機床系統(tǒng)

數(shù)控機床設備是機電一體化系統(tǒng)中的重要組成部分之一，將智能控制技術應用于其中能提高設備運行的精確性和效率。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)機床設備中，由于缺乏先進的科學技術理念，生產(chǎn)出的產(chǎn)品存在精確度較低的問題。而將智能控制技術應用于數(shù)控機床的加工中，能有效改進機床的RISC芯片和CPU控制系統(tǒng)，從而提高產(chǎn)品合格率。具體而言，運用智能控制技術能從以下4方面提升數(shù)控機床的運行效率：①機床的主動振動控制。采用智能控制技術能有效消除機床作業(yè)過程中的振動問題，進而在數(shù)控機床切削加工的過程中不會因振動過大而影響產(chǎn)品的加工精度。②安全屏障。采用智能控制技術可使機床的安全屏障具有智能性，從而有效避免機床設備內(nèi)部的各個部件在運行過程中發(fā)生碰撞。③語音信息系統(tǒng)。應用智能控制技術后，智能控制系統(tǒng)能根據(jù)數(shù)控機床的運行狀態(tài)發(fā)出語音提示，從而及時提醒數(shù)控機床的操作人員，規(guī)范其行為，避免出現(xiàn)操作失誤。

2.4 機器人

現(xiàn)階段，隨著市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展，利用智能機器人生產(chǎn)已成為未來工業(yè)的主要發(fā)展方向。這是因為智能機器人具有運行的時變性、非線性和強耦合性等特征，生產(chǎn)效率較高。而將智能控制技術應用于機器人的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下4個方面：①機器人的多傳感器和視覺處理方面的控制。對機器人的傳感器、視覺處理內(nèi)容進行智能化控制，能使其準確、迅速地接收系統(tǒng)傳達的數(shù)據(jù)信息和命令。②機器人行走的智能控制。在控制機器人的行走軌跡和行走路徑的過程中，采用智能化技術能實現(xiàn)具有時效性和動態(tài)性的控制，從而使機器人更加準確地執(zhí)行系統(tǒng)下達的行走指令和操作命令。③機器人運動環(huán)境方面的控制。應用智能控制技術可完善模糊控制系統(tǒng)和專家控制系統(tǒng)，從而可對機器人的運動環(huán)境進行準確定位、實時監(jiān)測、模型建立和規(guī)劃控制等。④機器人動作姿態(tài)控制。利用智能控制技術能控制機器人手臂的姿態(tài)，從而使機器人的動作更具有協(xié)調(diào)性和規(guī)律性。

3 結束語

綜上所述，智能控制是保證機電一體化系統(tǒng)內(nèi)部諸多構件高效運行、高效生產(chǎn)的手段之一。本文研究了智能控制技術的具體應用過程，有效提高了數(shù)控機床的運行效率、產(chǎn)品精準度，延長了設備的使用壽命等。事實證明，要想加快工業(yè)生產(chǎn)的步伐，就要擴大智能控制技術的應用范圍。只有這樣，我國經(jīng)濟才能快速、穩(wěn)定地發(fā)展。

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〔編輯：張思楠〕