機電一體化的控制系統的實現及技術分析

薛金雨

摘要：隨著經濟的不斷發展，科技方面有了空前的進步，機電一體化是現代新技術中最有代表性的技術，在未來的發展趨勢中，機電一體化將占據主流地位，智能控制技術不斷完善，越來越強大化。本文通過對相關文獻資料的整理和分析，了解機電一體化目前的發展趨勢，從而得出機電一體化中的智能控制技術特點，為智能控制技術提供有益的參考，全面認識機電一體化，促進機電一體化進一步發展。

關鍵詞：機電一體化;智能控制技術;應用與發展

一、機電一體化技術創新發展趨勢

首先，機電一體化技術的應用將更為廣泛。小至微機電系統、數字光碟機，大至半導體制程設備、高速列車，均需通過機電一體化技術完成產品的開發。機電一體化之所以重要，因為它是自動化工業、航天工業與國防工業的基礎整合技術。這門新興技術，是先進工業國家競相發展的領域。信息產業的快速發展，也帶動PC工業控制電腦的發展，連帶以PC-Based控制器為主導的自動化產業的發展。在發展遷過程中，機電一體化的核心程序控制器技術也發生著變化，相比傳統模式創新技術普及應用。程序控制器被廣泛使用在工業自動控制領域，PLC已經成為工廠自動化的控制核心。然而因為一般PLC程序撰寫是采用先繪制階梯圖，再轉換為PLC指令，因此所生產PLC的指令不同，導致彼此之間程序轉換不易。另外，由于PLC指令近似于低階語言，程序開發不易且十分耗時，為了改善PLC機電一體化的缺點，目前逐漸探索出以PC個人電腦或IPC取代PLC作為機電一體化機構的控制器，并使用Visual Basic來撰寫控制程序，取代PLC的機電一體化。

二、智能控制系統類別形式與特點

（一）分級控制系統

分級控制系統又稱為分級階梯控制系統，是美國普渡大學提出的控制理論。分級控制分為三個方面;第一個方面就是執行命令，這個級別顧名思義，負責執行效果的，根據上一級的指令作出相應的動作，完成上一級指派的任務。第二個方面就是協調級，這個環節主要負責協調監督，調整系統內每個部分的關系，并平均的分配任務，第三方面是組織級，這個級別是最高級的控制系統，同時對于執行命令和協調級進行監督，并對系統內部的任務進行統一的調整和分配。

（二）學習控制系統

學習控制系統能通過使用識別、識別、協調內部結構和信號輸入進行數據處理，來保證良好的智能操控效果。系統的控制特點是分階段控制，學習控制系統積累相關的經驗，在技術創新發展的今天能夠不斷的更新數據資源，并對數據進行整理分類，最后作出決策的自動控制系統，系統需要不斷的改善。

（三）專家控制系統

專家控制系統是將人類的知識、經驗和技能整合到計算機系統中的過程，也就是說相當于人和機器的一種組合。該系統在計算機數據庫領域可以運用專家的知識和經驗和技能，包括對有種類的數據的分析處理，可以和人類的大腦一樣的數據分析處理知識，經驗和技能，也可以解決現場的高度復雜的問題。

（四）神經網絡系統

神經網絡系統是由很多類似于生物學上的神經細胞的人工神經元組成的網絡系統。神經電路網絡還可以包括多個處理單元，和生物系統的多個神經元類似，此外智能網絡的結構主要對人體生物系統的一種機械化的反映。

（五）機電一體化中的智能控制技術特點

（1）分層組織結構：“智能增減精準度”的原則完全反映在智能控制系統的組織結構中，這也是智能控制系統的特征，其調整的等級與具體化的智能控制系統成正比，兩者都能互相促進進一步改善。（2）多模式控制：智能控制系統通常采用多回路控制。這由開環控制和閉環控制的組合、定量控制和定性決策的組合以及數學模型和非數學一般化模型的組合來決定。（3）學習能力，學習控制系統，是對于學習的信息環境中固有的或未知的過程，對于未知信息的一種推測，為了有效的對系統的分類，可以結合以往的經驗，能夠提高和提高系統性能。就像人們的學習能力一樣，智能控制系統的學習功能也類似。高級的學習功能，主要包括知識的更新和遺忘。低水平學習功能主要包括學習受控參數（是相對靜態的過程）。（4）適應能力：智能控制系統中智能行為的本質是輸入與輸出之間的對應關系的反映。因為我們可以認為它是獨立于模型的自適應估計，所以它具有良好的自適應性能。由于系統內插功能，系統的一部分發生了故障，系統也能正常運轉并且提供適當的輸出而不干擾。智能系統更強大原因在于智能系統的自我修復功能，即使內部有缺陷也能通過智能控制系統強有力的適應性能，進行系統的自我修復。

三、智能控制技術在機電一體化系統中的應用

當前，智能控制技術與機電一體化的結合是一種潮流和趨勢，機電一體化中智能控制技術的應用最好的例子就是CNC機床和智能機器人。在智能數控機床，前后的各種參數的監控和比較的機械加工和處理程序的過程中，進行數據的綜合分析從而使智能執行系統 作出正確判斷和全面處理，通過智能的自動調整處理讓系統流程的進行更加順利。智能機器人是指通過視覺、聽覺、觸覺等各種感應器檢測到工作狀態，并基于在實際變化過程中反饋的數據和信息做出正確的選擇和判斷。另外，工程機械的智能控制系統的應用也非常廣泛，其控制方法也非常巧妙，詳情如下所示。（1）挖掘機油壓系統檢測出如下操作參數來識別負載大小。檢測油壓系統中的泵，油壓，泵壓力控制機構和狀態，還可以通過測試指南，以處理系統的執行過程。根據收集到的信息，掘土機控制器模擬控制理論對于必要的信息和數據進行處理，以確保未來工作順利。（2）總線段被用于基于CAN總線的汽車起重機的智能控制系統。雙層巴士協議結構不僅可以監控起重機電源系統和油壓系統，還可以避免電源沖擊，實現高速通信。不同類型的汽車起重機需要有不同的軟件配置，在區分時需要特別注意。

四、結語

隨著我國科學技術的不斷發展，機電一體化應用到人們的生活中，并且為人們帶來很大的方便，機電一體化能夠有效的縮短施工時間，提升施工效果，在質量上得到很大程度的保證，而智能控制系統在靈活性和方便性上都好于傳統的方法，以微處理器為核心的智能控制系統，在微電子技術、精密機械技術以及信息技術等領域展現出了更為廣闊的發展前景和更具優勢的發展空間。

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（作者單位：中徽建技術有限公司）