智能控制的價值分析及其在機電一體化系統中的應用

薛小晶

【摘? 要】傳統的機電一體化技術更注重對機械方面的發展，而隨著科技的發展，機電一體化技術的內涵得到了豐富，如何使機械實現柔性化和智能化發展成為技術研究人員探索的重點。智能控制技術為相關研究人員提供了便利，有助于相關研究工作的開展。論文深入分析了智能控制技術的價值，并指出了智能控制技術在機電一體化系統中應用的意義和現狀，提出通過加大研發力度、優化應用效果、擴大應用范圍等方式對2種技術進行融合，旨在提升各行業的生產效率。

【Abstract】Traditional mechatronics technology pays more attention to the development of machinery. With the development of science and technology， the connotation of mechatronics technology has been enriched. How to make machinery realize the development of flexibility and intelligence has become the focus of exploration by technical researchers. Intelligent control technology provides convenience for relevant researchers and contributes to the development of relevant research work. This paper deeply analyzes the value of intelligent control technology， points out the significance and current situation of the application of intelligent control technology in mechatronics system， and puts forward the integration of the two technologies by increasing the intensity of research and development， optimizing the application effect and expanding the application scope， aiming to improve the production efficiency of various industries.

【關鍵詞】智能控制;價值;機電一體化;應用路徑

【Keywords】intelligent control; value; mechatronics; application paths

【中圖分類號】TP273;TH-39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）10-0191-03

1 引言

我國機電一體化的研究具有起步晚、發展快的特點，對相關技術的要求逐步提升，科研人員必須強化相關工作的開展，促進相關領域系統開發工作，進而在更大程度上提升我國科技水平。智能控制的核心就是掌握知識和運用知識，因此，智能控制系統具有自學習、自適應等特點，通過將智能控制和機電一體化系統進行融合，必然會實現機電一體化系統更加完善的目標。為更好地將兩門技術融合，需要深入探究智能控制的理論知識和價值，并明確機電一體化系統的發展方向，進而明確二者融合的重要意義，并結合二者當下的融合成果，進而實現讓兩門技術深度融合的目標，提升企業的生產效率。

2 智能控制的價值

在國家大力支持科研工作開展的新時期，各領域都在深入探索提升生產效率的途徑。自動控制領域也在積極轉變發展方向，力求讓相關技術向智能化方向發展。傳統自動控制具有一定的局限性，在無法完成模型建立的情況下，無法對外界情況進行感知和分析，且很難在系統出現故障時繼續工作。而智能控制可以彌補傳統自動控制系統中的不足，其主要價值如下：

①具有不確定性模型優勢。對于一些難以精確建模的系統來說，智能控制可以通過擺脫數學模型，根據直覺推理、經驗知識以及操作技巧等智能行為，對系統實施控制。

②具有信息交流優勢。通過智能控制技術，可以制造出新型信息輸入裝置和輸出裝置，此類裝置可以接受多種命令等形式的信息，與系統進行信息交流，并提升輸出能力。

③具有非線性優勢。智能控制可以解決傳統控制無法實現高度非線性控制效果的問題，并在功能上與傳統控制兼容，提升控制效果。

④具有學習功能。智能控制可以實時監控被測對象相關程序，并對已獲取的信息進行學習和記憶，提升系統控制性能。

⑤具有適應功能。智能控制可以不依賴于模型而自適應控制，即當系統中某一部分出現故障時，也能進行控制，當系統智能程度極高時，甚至可以自動找出故障并進行排除。此外，當系統輸入未學習過的例子時，借助插補功能，也可以給出適合的輸出結果。

3 機電一體化系統的概念

機電一體化是指將機械技術與微電子技術、信息技術進行融合，進而達到以信息技術為目標，提高工作效率的效果，其中，信息處理技術是相關研究的關鍵部分。機電一體化的產品具有功能增多、體積減少、可靠性提高、節約能源等優勢，是當代新技術革命的一大趨向。機電一體化系統的基本構成如圖1所示。在科技高速發展的時代，為滿足企業的生產需求，未來的機電一體化產品將不再僅需要替代單一、程序化的人工勞動，還要成為人類感官與智慧的延伸，實現智能化的目標。因此，提升相關產品的智能化和柔性化水平以及企業生產效率成為機電一體化技術的發展方向。

4 智能控制在機電一體化系統中應用的重要意義

為更好地開展機電一體化系統的研發工作，可以將智能控制應用于相關工作中，以此實現讓技術代替人腦，提升工作效率，減少工作中因操作流程過于枯燥、細致等原因導致操作失誤的問題。在機電一體化系統中，智能控制的重要意義如下。

4.1 提高產品精度

在科技高速發展的時代，客戶對產品的精度提出了極高的要求，傳統數控機床中，雖然可以在一定程度上保證零件的精度，但依然無法滿足客戶要求。而通過使用智能控制技術，可以在多種智能化芯片的輔助下，實現保證生產效率的同時提高產品精度的目標，進而保障生產企業的經濟效益，滿足客戶的發展需求，還可以促進我國科技水平的提升。

4.2 減少人力投入

在傳統的生產活動中，往往需要大量的人力負責機床控制，對工作人員的工作能力、技術水平提出了較高要求，且為避免人工失誤，通常需要操作人員之間互相監督，并在工作過程中長期集中注意力，不僅需要提升操作人員的數量，還需增加其工作強度。而通過將智能技術融入機電一體化系統，可以減少人力投入。操作人員只需要具備簡單的知識技能，進行簡單的流程調試工作，進而可以在很大程度上減輕工作負擔。由此可見，智能控制技術的應用，既可以保障生產效率和產品質量，又能優化操作流程，避免人力資源的浪費。

4.3 提升元器件性能

通過融入智能控制技術，機電一體化系統中設備的元器件性能也可以得到優化和提升，如顯示器件的分辨率可以得到提升，硬件裝置可以獲得更好的結構模塊，且當結構模塊出現問題時可以及時地修正，控制裝置可以實時監測設備運行情況等。通過提升元器件性能，可以使相關系統得到進一步優化，為工作人員提供更多便利，更深層次地滿足生產企業和客戶的實際需求。

4.4 提升系統可靠性

智能控制技術可以有效地對設備運行程序進行調控，進而優化機電一體化系統的性能，使其在運行過程中更加安全可靠。

5 智能控制在機電一體化系統中應用的現狀

就機電一體化的總體發展方向而言，智能控制的發展可以有效地加快其發展進程。近年來，智能控制已經在機器人、數控、機械制造等方面都得到了應用，并取得了顯著成果，通過控制生產流程，使各個生產環節得到優化，滿足不同產品生產的要求，促進了機電一體化系統的發展。當前，智能控制在機電一體化系統中的主要應用如下。

5.1 在機械制造中的應用

在人工生產過程中，不僅對工作人員的數量和能力提出更高要求，且面對復雜化、機械化的生產工序，難免因疲勞而出現人工方面的問題，如個別產品質量出現問題、生產出現疏漏等，無法保障生產質量。機械制造的水平代表著我國工業制造的水平，將智能控制與計算機輔助技術融入機械制造生產是當下最先進的機械制造技術。智能控制技術可以在減輕工作人員體力勞動強度的同時，進行腦力勞動的模擬工作，在一定程度上替代腦力勞動，完善機械制造過程，讓機械制造技術進一步向智能化方向發展，減少操作人員的工作任務，并保障生產工序安全可靠。智能控制技術可以對機械制造的過程進行模擬，對獲取的信息進行預處理并開展參數修改工作。這樣，在整個機械制造的流程中，可以通過執行已經編寫好的程序，并在出現問題的情況下將具體信息反饋到控制中心，通過分析處理進行參數的調整和修改工作，進而采取科學的處理方案，避免事故的影響擴大，保障機械生產能夠安全進行。

5.2 在數控技術中的應用

在科技發展的過程中，數控技術的重要性逐漸得到了體現，其核心就是保障產品加工的精度。在傳統的控制系統中，雖然可以通過數控技術提升加工精度，但其在進行高度復雜和精密的零件加工中，還存在一定的不足，而將智能控制應用于數控技術中，可以建立更加科學高效的操作平臺。因此，必須強化對數控系統的研發，在完善其現有智能功能的同時，開發出更多的新型智能功能，進而優化機械加工過程，通過盡可能多地模擬人類智能，實現智能數控技術編程、智能化數據管理等，為工作人員帶來便利。

例如，可以利用智能控制專家系統解決數控領域中難以確定的算法問題，輔助技術人員開展工作，也可以通過智能控制推理規則對數控現場故障進行推理，協助維修人員進行工作。此外，可以利用智能控制系統輔助數控機床對零件進行結構的分析，以此提升零件產品加工的精度。

5.3 在機器人領域中的應用

目前工業上使用的90%以上的機器人都不具備智能化特征，智能機器人具有較強的系統綜合性，需要具備動態規劃、環境感知等能力，可用于醫療、農業、工業、消防等領域。為更好地提升生產、教育、醫學、軍事等領域的工作效率，各國都在強化智能機器人的研發工作。通過將智能技術應用于機電一體化中，可以實現制造智能機器人的目標，具體體現在智能機器人參數控制系統中。智能機器人可以將傳感器作為“感覺器官”，并將控制器作為“大腦”，并利用輸出裝置對機器人的“身體”進行控制，機械部分接受主控系統的控制信號作出相應行動，調整手臂姿態、行走路徑等，進而在缺乏人為干預的情況下實現自動控制，促進社會發展，更好地滿足人們的工作和生活需求。

5.4 在交流伺服系統中的應用

在機電一體化系統中，伺服系統可以精確跟隨或浮現輸入過程，其組成如圖2所示。交流伺服系統在工作過程中，易受載荷影響，具有時變性，即其參數隨時可以改變，且交流電動機與被控對象也存在非線性因素的問題。通過將智能控制系統應用于其中，可以借助其非線性優勢、信息交流優勢與不確定模型優勢，提高交流伺服系統的性能，保障機電一體化系統的穩定性。

6 提升智能控制在機電一體化系統中的應用有效性的路徑

通過上述分析可知，在未來的機電一體化系統中，智能控制必然占據核心地位，因此，當下各相關領域都在強化對智能控制技術的研究，以此加快其發展速度。在科技的推動下，智能控制系統必然以更加完善的功能促進機電一體化的發展。為更好地將兩門技術進行融合，需要深入探索提升應用效果的路徑，主要方法如下：

①加大研發力度。智能控制技術是一門剛剛得到廣泛應用的技術，因此，其實際開發尚且存在一定不足。為更好地進行相關技術的開發，必須加大研發力度，更好地提升智能控制系統的理論研究水平，并將理論知識用于科研實踐，推進機電一體化系統的發展。

②擴大應用范圍。在當下的機電一體化領域中，雖然在一定程度上融入了智能控制技術，但依然有很多方向尚未將智能控制技術應用其中，因此，必須擴大智能控制技術的應用空間，以此提升相關技術的研究效果，進而提升兩門技術融合的有效性。

③優化應用效果。科技必然處于發展過程中，雖然當下智能控制技術已經在數控機床、交流伺服系統等多方面得到應用，并取得較好效果，然而，研究人員依然需要繼續在相關方向開展研究，進而進一步提升相關技術的完善程度，優化系統性能，促進科技、經濟發展。

7 結語

智能控制憑借其獨特價值在現代機電一體化系統中得到了有效的運用，為社會生活生產帶來了便利。而智能控制技術在發展和完善的過程中，必然會在機電一體化系統中得到更加廣泛的應用，對我國的生產制造產生更深入的影響，為更多行業帶來便利，改善人們的生活。因此，相關部門必須加大對相關技術的研究力度，擴大智能控制技術的應用范圍和提升技術應用效果，進而實現促進科技長遠發展的目標。

【參考文獻】

【1】何琪.智能控制技術推動下的機電控制教學改革研究——評《機電控制技術導論》[J].材料保護，2020，53（8）：168.

【2】涂杰.機械一體化系統的知識體系及項目應用——評《機電一體化技術》[J].林產工業，2019，46（4）：68.

【3】王凱.基于計算機技術的機床機電一體化數控系統設計[J].粘接，2020，43（9）：145-148.

【4】劉志勇，竇勇.2019面向人工智能的計算機體系結構專題前言[J].計算機研究與發展，2019，56（6）：1133-1134.

【5】王成勤，李威，孟寶星.智能控制及其在機電一體化系統中的應用[J].機床與液壓，2008（8）：280-282+300.

【6】曲百峰.探討機電一體化系統中智能控制的應用[J].黑龍江科技信息，2013（20）：33.

【7】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）：93.

【8】李文，歐青立，沈洪遠，等.智能控制及其應用綜述[J].重慶郵電學院學報（自然科學版），2006，18（3）：376-381.

【9】李航，孫厚芳，袁光明，等.智能控制及其在機器人領域的應用[J].河南科技大學學報（自然科學版），2005（1）：35-39.

【10】汪木蘭，陸紅偉，嚴愛珍.人工智能技術在數控系統中的應用研究[J].組合機床與自動化加工技術，2001（9）：18-19+42.