智能控制工程在機械電子工程中的應用

曹繼宗

摘要：隨著城市化建設進程的不斷加快，人們在生產生活的各個領域，都朝著現代化、智能化的模式深化發展。本文文章通過對智能控制工程的內涵、智能控制技術發展階段的討論，客觀分析了智能控制工程在機械電子工程中的應用。

關鍵詞：智能控制;工程;機械電子;應用;產品

中圖分類號：TP273? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

隨著現代化科學技術水平的不斷提高，我國的智能化技術也正在進行著積極的推廣和創新。在機械電子工程中應用智能控制技術，促進了機械電子工程中各項設備應用的更新及其智能化程度的提高。信息化的機械電子工程結合智能化技術，發揮了智能化技術的多項優勢作用，提升了機械電子工程工作質量和效率，充分保證了機械電子工程的使用效率，為未來我國未來的機械電子工程可持續發展夯實基礎，為保證使用者的安全等提供更加便利的服務。

1 智能控制工程的內涵

智能控制工程是我國全面推動和發展生產力過程中的核心技術，對社會發展有著重要的作用。我國整體科學技術水平的不斷提升，智能控制工程和機械電子工程有機結合發展，是未來必然趨勢。現階段我國的機械電子工程正逐漸普及智能控制工程的應用，不斷朝著智能化方向創新和發展。在智能控制工程技術的應用下，我國機械電子工程生產質量和生產效率都得到了較大程度的提升，推動了我國智能化機械電子工程發展，為機械電子工程的安全生產提供保障，有效提升機械電子行業的社會綜合效益[1]。相較于傳統的機械電子工程控制環節，目前智能控制工程和機械電子工程相結合，使用了更加先進、智能的計算機技術及控制理論，在機械電子工程生產實踐中，借助智能控制工程和計算機技術解決實際問題，實現了對機械電子工程的自動化、智能化控制。

智能控制工程和機械電子工程相結合建設發展過程中，數據模型和參數設置是關鍵，和傳統的機械電子工程控制環節相比，智能控制工程應用了全新理念的控制模式，其合理性更強、更先進。智能控制工程主要利用人腦的具體思維及其思維流程，借助計算機技術模擬其過程，并且將模擬過程系統化地引入自動控制工程中。值得關注的是，傳統的控制工程非常依賴具體控制對象的數字化模型和各種參數，但是智能控制工程打破了這一傳統，不再依賴具體控制對象的各項指標，不僅降低了依賴相關性，而且解決了眾多傳統控制技術手段下無法解決的相關難題[2]。

2 智能控制技術的發展階段

截至目前，智能控制技術的發展時期主要分為三個階段。第一階段是20世紀中期的智能控制技術萌芽階段，這一時期內行業內的專家學者開始研究智能控制技術及系統，受到當時技術條件因素的影響，構建智能控制模型等技術手段的實際應用效果并不理想，存在較大的上升空間。第二階段是20世紀末期的發展階段，該時期內的智能控制技術逐漸展開了一系列的初步實踐，被應用到以軍事領域為主的生產活動中，智能控制技術的第二階段正處于計算機科學技術快速發展的社會時期，因此機械電子語言編程技術取得了顯著的成績。第三階段則是21世紀的進一步發展階段，此時大數據技術趨于成熟，智能控制技術有了更好的支撐平臺，結合社會人們生產生活的多項活動，得到了越來越廣泛的應用[3]。

3 機械電子工程的理念及其發展階段

3.1 機械電子工程的基本理念

機械電子工程綜合了計算機技術、電子技術、機械技術，作為一項綜合型工程，機械電子工程在傳統機械工程的基礎上融合了先進的電子信息技術，將機械、信息、電子等緊密連接在一起，應用到高新技術領域中。以產品設計為例，機械電子工程可以完善和優化產品的設計方案，立足于機械原理，融合計算機知識、電子工程技術知識等，對設計方案進行全面的優化和改良。和傳統的機械工程相比，機械電子工程的功能模塊規劃設計更具科學性、合理性，設計思路也更加精細化、具體化，不僅完善了產品功能，而且還使產品的結構趨向簡單化、集成化，促進了機械制造業加工水平的發展[4]。

3.2 機械電子工程的發展階段

機械電子工程與智能控制工程同樣經歷了三個發展階段，分別是手工加工階段、流水線加工階段、機械電子工程階段。首先，手工加工階段主要依托人力操控，由于設備和工具較為落后，限制了生產質量和供給量的發展，因此十分需要科學、高效的機械加工技術為機械電子工程的發展夯實基礎。流水線加工階段的機械設備已經得到了廣泛的應用，結合自動化生產技術，大大提高了生產規模及生產效益，但是流水線加工階段無法滿足市場的個性化需求，只適用于批量的生產作業。機械電子工程階段在云計算技術、大數據技術、人工智能技術等先進技術手段的應用下，實現了個性化的生產，產品性能大大提高，有效提高了生產效率[5]。

4 在機械電子工程中應用智能控制的重要意義

將智能控制工程應用到機械電子工程中，對于未來機械電子工程的智能化、現代化發展有著重要的意義。以機械電子工程的概念角度作為出發點，機械電子工程屬于工科機械類，作為“機電一體化”工程，它可以說是現代化技術處理的工程。近些年來，隨著我國科學技術水平和計算機技術水平的提高，機械電子工程已經覆蓋了多種計算機應用理論和機械制造的方法。在此基礎上，機械電子工程成為了科學技術下的現代化產物，體現出了較強的先進性。現階段機械電子工程借助智能控制工程的相關技術，促進了機械電子工程中各項工作的積極開展，機械電子工程的各項知識理論也應用到了各種機械化產品生產過程中。例如行駛模擬系統、安全氣囊、自動售票機等，均依托機械電子工程的理論支持和輔助。在科學技術的快速發展下，機械電子工程對自身的控制系統等均提出了更高的要求，應從優化機械電子工程的生產經營環境著手，提高機械電子工程的控制系統整體水平，為推動機械電子工程和智能控制工程的深度融合發展夯實基礎。

5 智能控制工程在機械電子工程中的應用分析

5.1 集成自動控制技術的應用

機械電子工程中的集成自動控制技術是智能控制技術的一種，且被廣泛應用到機械電子工程的各個環節中。以現代化的信息技術和計算機技術為基礎，集成自動控制技術，進一步優化和創新現代化信息技術，完善了其在機械電子工程系統中的功能。將集成自動控制技術應用到機械電子工程中，利用多臺舍恩比可以實現統一控制和管理，發揮機械電子工程相關設備的應用優勢，提高各個設備之間的協調性，讓機械電子工程生產實現快速化、高效化，以此提高生產質量和生產效率。在機械電子工程設備的生產運行活動中，集成自動控制技術能夠全面收集和整合設備的相關信息，完善生產和運行流程。集成自動控制技術在原有的控制系統之上，研發和完善了自動控制功能的系統，適用于目前的機床電子設備，大大提高了生產產品的質量和效率[6]。

5.2 模糊控制工程的應用

在傳統的機械電子工程控制中，機械加工的工藝較為復雜，其中涉及大量繁瑣的操作，并且生產效率低、工作量大，相關的工作人員希望能夠在傳統控制方法的基礎上建立起控制模型，以此逐漸實現自動化的機械電子工程控制。隨著智能控制工程的普及，機械電子工程中逐漸引入了模糊控制工程這一理論，和傳統的控制理論不同，模糊控制理論主張在應用模糊控制的過程中強調絕對的精確度，確定可能存在的誤差范圍，在規定的范圍內進行控制工作，降低自動控制實現的難度。實際的模糊控制工程應用過程中，相關工作人員深入分析和研究了機械電子工程生產合理的誤差范圍，提高了模糊控制技術的精確性，也促進了機械電子工程中模糊控制技術控制的精確應用[7]。

5.3 魯棒性的應用

現代化社會背景下的機械電子工程中，智能控制工程的魯棒性是其中的關鍵特征之一。當出現了外界干擾時，魯棒性設備的應用不僅能夠保持控制系統原有的良好性能，而且能有效控制機械電子工程的各個設備。所謂魯棒控制即通過設計一個控制器，來滿足一些性能指標，最簡單的魯棒性控制系統見圖1。在確定存在受外界因素影響的前提下，控制系統某一個方面的性能保持不變，因此多變量型魯棒控制系統因該種特性在機械制造中被廣泛使用。機械電子工程控制系統的魯棒性控制，以制造柔性臂軌跡為例，通常需要利用滑膜結構控制制造過程，可在魯棒性的基礎之上研發慢變控制器，依托Hx控制理論為基礎，開發和研究魯棒控制器，優化系統控制器的結構。研究操作軌跡模擬過程中，合理利用補償計算法，控制滑膜結構和Hx的控制理論，保證目標軌跡中控制系統的運行精度和控制精度。

在魯棒性控制系統中，可以把神經網絡和PID進行結合從而降低算法的難度，一般可以借助下述公式描述增量式PID控制模型：

再根據以下公式描述單神經元控制模型：

上面兩個公式中K均為常數值，ω則表示可調節得的系數權值。所謂非線性控制系統的本質是即能夠對系數進行調節的PID控制器。按照其控制狀態的差異，控制器能夠學習以及在不斷訓練中智能化調整比例和微積分等系數權值，盡可能地降低控制誤差，使其在可接受范圍，實現機械電子智能控制的準確性，并且為工業生產的精確性提供依據。

5.4 預測控制技術的應用

預測控制技術是在機械電子工程中預測相關設備的運行情況，結合預測的結果和機械電子工程生產運行的實際需求控制相關設備。以應用高速液壓機為例，為了滿足生產需求，應不斷增加液壓機的轉速和壓力，增強設備的負載沖擊，否則在運行過程中很可能影響設備運行的精度和安全性，導致系統超調故障的發生。

借助預測控制技術能夠依據高速液壓機系統的實際運行情況和生產需求，構建預測模型，降低運行過程中產生的壓力，預測輸出值，精確預測運行誤差，控制運行過程[9]。預測控制技術網絡結構圖主要有PLC系統、觸摸屏、工業控制計算機和網絡控制模塊做組成現場總線控制網絡，見圖2。

綜上所述，機械電子工程在現代化社會經濟快速發展的形勢下，迎來了全新的挑戰，人們對機械電子產品提出了更高的要求。在機械電子工程的生產運行等活動中合理應用智能控制工程是未來必然的發展趨勢，只有這樣才能推動機械電子工程朝著智能化、自動化、信息化的方向發展和創新。為了充分發揮智能控制工程和機械電子工程的優勢，應將二者有機結合在一起，最大程度實現優勢融合，進一步推動機械電子工程的發展，提高智能控制技術水平，為我國的社會經濟建設貢獻一份力量。

（責任編輯：陳之曦）

參考文獻：

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[3]張晨，陳瀟鋮.智能控制工程在機械電子工程中的應用研究[J].南方農機，2020，51（06）：150.

[4]邊鑫.控制工程在機械電子工程中的應用[J].南方農機，2020，51（06）：161.

[5]陳元生.基于智能控制工程在機械電子工程中的應用分析[J].中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2020（04）：133-134.

[6]孟德益.控制工程在機械電子工程中的應用研究[J].農家參謀，2020（05）：178.

[7]潘云峰，陳建鴻.智能控制工程在機械電子工程中的應用[J].科技資訊，2020，18（07）：26-27.

[8]劉濤.基于智能控制工程在機械電子工程中的應用[J].廣西農業機械化，2019（05）：53.

[9]王曉娟.基于智能控制的機械電子工程應用價值研究[J].無線互聯科技，2019，16（20）：155-156.