智能控制及其在機電一體化系統中的應用

張五平

摘 要：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。本文對智能控制及其在機電一體化系統中的應用進行了探討分析。

關鍵詞：智能控制；機電一體化；應用

引言

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。機電一體化技術是指將機械技術、微電子技術、電力電子技術、信息技術等多種技術融合在一塊的并且用于實際的綜合技術。隨著機電一體化的發展，機電一體化系統對控制的技術水平要求越來越高，原來的控制技術已經不能滿足機電一體化系統的要求，因此，人們開始將目光投向發展比較迅速的智能控制，期望通過智能控制，達到機電一體化系統的控制目的。因此，本文將分析智能控制的特點和主要方法，探討智能控制如何在機電一體化系統中得到應用，從而更好地實現對機電一體化系統的控制。

一、智能控制在機電一體化系統中所起的作用

目前智能控制在機電一體系統中的一系列產品中都得到了廣泛應用。智能控制在機械制造中所應用到的領域主要有：智能傳感器與智能學習，機械制造系統的智能監控和檢測以及機械故障智能診斷等。在機電一體化系統的深入發展過程中，對于數控技術也提出了更高的要求，智能控制在機電一體化系統數控技術中的應用有助于及時準確的找出數控機械加工過程中的信息故障等問題，優化了數控機械的加工過程。

隨著科技的進步，社會經濟的發展，市場經濟競爭也越發激烈，企業產品的性能成為了企業競爭的主要核心，而產品優優勝關鍵也在于機床的精度。與此同時生活水平的提升讓人們對于機器智能化效果的需求也越來越大。故此智能控制在機電一體化系統中應用有助于優化產品的效能，提高機床的精度增強企業的競爭力，還能實現產品智能效果滿足人們以及社會發展的需求，智能控制在機電一體化系統中的融合發展，不僅給機電一體化系統的操作流程進行優化調整的幫助，還可以大大的減少這一系統操作過程中的加工時間，進一步提高企業生產的工作效率。

二、智能控制在機電一體化系統中具體應用

一是智能控制在機械制造過程中的應用

機電一體化系統的機械制造需要向智能制造系統的方向發展，通過智能控制實現模擬專家智能活動，延伸或者取代部分的人腦勞動。在現代先進的機械制造系統中，智能控制能夠實現用一些不完整或者精確的數據預測一些情況，通過神經網絡和模糊數學對機械制造的過程實行動態的環境建模，通過傳感器融合技術綜合和預處理信息。智能控制還能夠通過神經網絡識別在線模式，對不完整的信息進行處理；通過模糊關系和集合的魯棒性，運用模糊信息控制動作。智能控制還可以用“Then-If”的逆向推理反饋，選擇比較令人滿意的控制參數和模式對控制機構進行修改。

在機械制造領域，智能控制的應用主要包括智能學習、機械故障的智能診斷、決策與預測、機械零部件的可靠性分析、機械零件的優化設計、切削參數的優化、制造系統監控和智能檢測、加工過程控制和智能傳感器等方面。

二是智能控制在交流伺服系統的應用

伺服驅動裝置是一種轉換部件和裝置，它能夠使電信號轉換為機械動作，并且決定著控制的功能和質量以及系統的動態性能，它是機電一體化的重要的組成部分。智能控制中電力電子技術的發展能夠提高交流調速系統性能，實現直流的伺服系統向交流的伺服系統的轉變。將智能控制引入交流伺服系統，能夠幫助交流伺服系統應對比如負載擾動、參數時變、被控對象和交流電動機嚴重的非線性特性以及較強的耦合性這樣一些不確定的因素，幫助交流伺服系統通過不確定的模型獲得較滿意的PID參數，滿足系統的高性能指標要求。

常規的PID控制和智能控制技術相結合，能夠形成智能PID，方法就是通過非線性的控制方式將人工智能引入到控制器，使系統的控制性能更好，并且能夠不依賴控制器參數和精確的數學模型進行自動地調整，使得系統的適應性增強。如果只運用智能控制中的模糊控制算法，那么也能夠提高交流伺服系統的靜態性能和動態響應速度以及抗干擾能力，只是在自學習、自組織能力和抖振問題方面還存在著一些欠缺。因此，在交流伺服系統中還要用到智能控制中的神經網絡等技術，從而減小抖振問題。

三是智能控制在機器人領域的應用

在動力學方面，機器人是非線性、時變和強耦合的；在控制參數方面，是多變量的；在傳感器信息上，是多信息的；在控制任務的要求方面，是多任務的，因此，從這些方面的分析可以得出智能控制非常適合運用于機器人領域。而且，目前在機器人領域也廣泛地使用到了智能控制技術，比如機器人地行走路徑規劃、機器人的定位和軌跡跟蹤、機器人的自主避障、機器人姿態控制等。在機器人領域，人們可以通過采用智能控制中的模糊控制、人工神經網絡、專家系統技術進行環境建模和檢測、機器人定位、汽車柔性制造等。

為了提高機器人系統的適應能力和魯棒性，人們可以綜合運用幾種智能控制技術，比如神經網絡控制和模糊控制相結合、變結構控制和模糊控制相結合、專家系統控制和模糊控制相結合等。

四是智能控制在數控領域的應用

目前，數控系統要求性能具有高可靠性、高精度和高速，還要具備擴展、延伸和模擬智能行為的很強的知識處理功能，比如制造網絡通信的能力、自學習和自組織的能力、感知加工環境能力、自規劃能力等等。其中有的功能能夠建立清晰的數學模型，但是有的功能不能夠建立數學模型，所以為了實現這些功能，在數控領域必須運用到智能控制。比如，運用模糊控制，可以優化控制加工過程；運用模糊推理規劃，能夠診斷數控機床故障；運用模糊集合理論，可以調節和整定數控系統中的一些參數。

在數控領域，還可以利用遺傳進化算法，找到數控系統的最佳加工路徑；還可以運用智能控制中的預測和預算功能，在高速加工時加強對綜合運動的控制。

總結

智能控制技術在機電一體化中有著廣泛地使用，比如在數控領域、機器人領域、交流伺服系統領域和機器制造領域等。智能控制在機電一體化中有著很重要的作用，它能夠實現傳統的機械自動化技術無法實現的功能，使機電一體化系統更加完善。人們需要繼續努力，使得機電一體化朝著高度智能化的方向發展。

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（作者單位：浙江大華系統工程有限公司）