智能控制在機電一體化系統中的應用

徐健飛

（四川九洲視訊科技有限責任公司，四川 綿陽 621000）

0 引言

隨著社會經濟的不斷發展，其電子技術和信息技術也得到相同的進步，隨之而來也產生了大規模的集成電路，而且大規模的集成電路在行業中的應用越來越廣泛，而其機電一體化的技術也得到了非常快速的發展，機電一體化技術其性能在工業生產中發揮的作用越來越大。使用智能控制機電一體化系統能夠大大提升工程中多方面的可靠性，可以滿足在工程中高效性的需求。在機電一體化系統中使用智能控制可以有效地減少在因人工操作而出現的失誤，因此提高生產效率和精準度；對機電一體化系統應用智能控制對系統的穩定性和可靠性有一定保障。

1 智能控制與機電一體化相關概念

1.1 智能控制

智能控制指的是在無人直接干預下完成對目標控制的一項技術，主要是利用計算機模擬人腦實現智能化控制，與傳統控制相比控制任務更加復雜，能夠完成更加復雜的控制任務，為各項實際操作提供幫助，將其運用到機電一體化系統中，能夠完成傳統系統無法完成的控制內容。智能控制包含了多項技術集成，如人工智能、計算機、信息技術以及通信技術等。

智能控制技術具有無與倫比的學習能力、組織能力，機電一體化控制作為智能控制技術最重要趨勢，利用較為先進的算法，如專家算法、遺傳算法、神經網絡算法等，這幾種算法在機電一體化中相互依存。我國智能控制系統在近年來有了廣泛應用，社會也逐漸進入智能化階段，隨著計算機、網絡、人工智能等技術普及，智能控制必將迎來一片繁榮景象。

1.2 機電一體化

機電一體化即是通過有效措施使得信息技術、電子工程技術能夠實現有機結合，進而在機械工程中加以充分應用，確保其作用能夠充分發揮出來。對于機械工程而言，將機電一體化技術的價值展現出來，能夠使得操作的整個過程納入自動監控。在現階段，信息技術和電子技術的發展速度是較快的，在此背景下，將現代信息技術、機械工程技術切實結合起來，并對智能系統予以充分利用，這樣可以保證機電自動化技術具有的優勢真正展現出來，技術性能會有大幅提升，在工業領域得到應用后，也可為工業發展注入強勁動力。需要指出的是，技術結合并非只是將相關的系統予以疊加處理，必須按照嚴格的標準完成技術分析，繼而將不同技術具有的優勢進行整合，確保一體化目標能夠切實達成，技術性能可以充分發揮，如此方可使得機電一體化技術能夠保持更穩健的發展。

現階段機電一體化主要具有3 個特點，分別是綜合性、完整性和智能性。由于機電一體化系統的基礎理論有系統理論、信息理論和控制力，因此它具有檢測、管理、控制和機械等功能。總的來說，機械技術和微處理技術的結合便是機電一體化顯現出的綜合應用。另外在機電一體化技術中，有微處理、動力機、傳動系統、執行部件和傳感器等部分，具有較明顯的完整性。機電一體化能夠優化傳統機械中的復雜結構，還可以有效地整合微電子、智能測量、機械、微處理這些部分，這樣便能夠有效地提高多個領域的服務質量，完成多領域一體化生產的任務[1]。

2 機電一體化系統中智能控制應用優勢

在機電一體化系統之中，應用智能控制具有較大的優勢，不僅能夠提高相關單位的工作效率，也能夠完善機電一體化系統的各項性能，使得安全可靠性增加，能夠滿足當前社會發展的實際需要。

2.1 有助于提高工作效率

利用智能控制技術能夠使得相關人員發出指令，使得系統能夠自動進入到工作狀態，這樣就不會因為人為因素導致相關環節受到影響。操作人員只需要按時發送操作指令，不需要參與到實際的勞動環節之中，從而能夠使得機電一體化系統的操作效率進一步提高。

2.2 有助于完善各項性能

在機電一體化系統中，應用智能控制便于更加完善各項性能，利用智能控制的特點以及優勢，推動機電一體化系統進一步發展。在機電一體化系統之中，融入各種智能控制技術，創新當前的生產要素。通過不斷完善機電一體化系統的各項性能，能夠使得相關單位在運用機電一體化系統的時候更加方便。

2.3 有助于提升可靠性

在機電一體化系統之中，應用智能控制便于增加安全可靠性。相關系統只需要接收到命令之后，自動運行相關程序，進入工作狀態。與此同時，利用智能控制系統能夠監督每一個環節，避免因為人為失誤導致生產過程中出現問題，落實安全生產的內容，有效保障安全。

3 智能控制系統技術具體應用

機電一體化系統的正常運行，離不開智能控制系統的幫助，只有將智能控制運用到機電一體化系統之中，才能夠使得機電一體化系統達成相應的目標。

3.1 數控領域應用

在數控行業領域內應用智能控制技術，能夠避免傳統數控機電系統應用諸多問題的出現。在我國數控行業發展中，機電系統作為不可缺少的部分，必須要求其具備良好性能以及精度等標準，才能夠保證企業生產活動順利進行。最為關鍵的是，當前部分企業也對數控機電系統智能處理性能提出了極高要求，要求系統能夠有效擴展以及延伸的基礎上，也能夠掌握準確模擬等能力。比如數控機床設備，在之前很長一段時間內，企業所應用的數控機床設備，就是按照之前設置好的自動編程軟件，通過內部含有的代碼實施加工處理，工作人員不能有效調整設備加工流程，同時也不能判斷接下來出現的加工行為，因為外界等多方面因素下，會導致數控機床設備難以正常運行等。

將智能控制技術應用到數控機床中，能夠做好靈活加工，便于工作人員隨時調整加工路徑的基礎上，也能夠達到全程智能化監管的狀態，真正做到自適應、自識別、自學習、自組織、自整定、自規劃、自修復、自繁殖等。企業可以結合實際生產需求，先設置好數控機床的控制規范，接下來整合經典控制理論，能夠構建良好的數據模型，在此過程中需要注意，嚴禁工作人員依照模糊信息實施建模行為的出現。通過智能控制技術的應用，能夠成立模擬推理嚴重，通過模擬把控強調加工流程更加完善以及針對性，智能控制技術的模糊集合理論可以對數控系統中的參數進行模糊化調節。

從數控加工系統方面出發，最關鍵的就是插補計算單元，企業可以整合加工過程中的數據信息，對中間點流程實施合理規劃，像加工數據的起點以及線型等，都是比較常見的加工數據。面對之前企業應用的數控加工系統，未能達到位置環軟件增益調節控制，但是融入智能控制技術以后，人工神經網絡單元便能夠達到此項結果，而且也能夠逼近任意復雜程度的非線性函數。最后，通過智能控制技術的專家系統，面對數控加工機床中沒有明確的知識推理問題，此項技術能夠很好處理，而且再加上遺傳進化系統的作用，也能夠事先對企業加工路徑等進行動態化數據反饋。

3.2 機器人領域應用

在智能控制技術范疇中，最核心的就是機器人。機器人領域不僅涵蓋了多個知識面，而且要想能夠驅動機器人實現行為，可以整合其動力學控制理論。比如，針對兩足機器人（圖1）行走過程，隸屬于非靜定二級倒立擺模型類型，更能夠體現出非線性的特點[2]。而且在機器人使用過程中，需要使用到多種復雜類型的傳感器，因為自身就是多變量系統，在控制機器人時需要達到多個任務同時進行的效果，像機器人能夠自動學會躲避危險行為，以及整合信息規劃動作等，如果企業單純使用過去的控制算法，自然無法滿足以上要求。分析神經網絡單元，就是行業人士所講的基礎仿生智能控制工藝，不僅僅具有良好非線性映射水平，而且也能夠凸顯出較強實時性等特點，在行業人士研究過程中，通常對機器人動力學有著極高關注，針對多自由度機械臂的現場學習控制，都希望能夠切實發揮出智能控制技術的應用價值[3]。

圖1 波士頓Atlas 機器人

除此之外，通過神經網絡技術的作用，也能夠確保所有傳感器數據加以妥善融合并使用。在動力學理論范圍中，最核心的就是魯棒性理論，作為機械人控制的關鍵，模糊控制技術是具有魯棒性的智能控制技術，可以用于機器人建模、控制、模糊補償、路徑規劃等[4]。目前來看，部分行業學者開始對免疫算法進行深度分析，像在進行機器人路徑規劃等事項中，也希望能夠發揮出理論作用。在今后很長一段時間內，行業人士應該主要研究多樣化智能控制如何交叉使用，減少單一技術應用中出現的問題，比如在利用神經網絡模擬控制工藝過程中，因為模擬控制思維的方式，能夠避免神經網絡神經元結構任意性等弊端的形成。

3.3 交流伺服系統應用

在機電一體化系統使用過程中，交流伺服系統也是關鍵部分，通過現實數據調查顯示，當前很多企業使用的一體化系統，都應用到了交流伺服驅動裝置。通過交流伺服驅動裝置的作用，在原先電信號出現的基礎上，能夠有效轉變為機械動作，要想能夠確保系統保持良好動態性能，那么必須要求交流伺服驅動裝置信號順利轉變，而且系統使用性能高低，也與機電一體化設備應用價值之間存在著必然聯系。因為矢量控制技術的應用，能夠實現伺服系統交流化效果，面對凸顯出一定復雜性的交流伺服系統，涵蓋負載擾動以及參數時變等多個部分，控制參數也屬于非線性、時變性的，常規的PID 控制已經不能滿足系統的性能需求，智能控制技術可以將非線性控制方式植入交流伺服系統，實現參數在線自動調整，保證系統具備極強的適應性[5]。

在交流伺服系統中，如果能夠有效融入單一模擬控制算法，一方面可以確保系統靜態水平持續提升，另一方面也能夠確保系統更具較強抗干擾以及動態響應等性能優勢。但是在實際情況下，如果企業單一應用模糊算法，很容易出現“抖振”問題，嚴重情況下還會導致系統自學習以及自組織水平不斷下降。通過神經網絡技術的應用，便于工作人員及時調整系統在線運行弊端，能夠防止前期模糊算法輸出等問題的發生，確保模糊算法自適應以及自組織能力能夠持續提升。比如，分析企業日常生產中應用的永磁同步電動機的交流伺服系統，在工作人員進行位置調整過程中，完全可以借助模糊神經網絡技術加以處理，通過遺傳算法達到快速搜索的效果，最終能夠精確判斷出系統運行中存在的問題。大型發電勵磁控制器利用BP 神經網絡技術得到映射的兩個時刻狀態變量。

3.4 機械制造應用

在我國傳統工業領域內，機械制造行業作為核心力量，因為計算機輔助設計技術的出現與運用，也為行業平穩發展奠定了良好基礎。基于現代化發展背景下，行業人士更對機械制造加工生產提出了極高標準，要求能夠達到極高加工精確度的基礎上，也能夠要求企業全面控制好整個加工流程。對此，企業要想能夠在激烈市場競爭環境中占據重要地位，那么就必須緊跟時代發展步伐，合理應用智能制造系統。在企業應用智能制造系統過程中，就是要求工作人員通過強大計算機系統，對人類智能活動進行有效模擬，代替傳統中人力思考的方式，因為現代化系統的出現，不僅能夠確保各項數據信息更具準確性，而且也能夠減少現實生產中存在的弊端[6]。

在之前企業制造加工過程中，經常出現動態環境建模隱患，此時企業可以引入模糊算法與神經網絡技術，避免之前建模隱患出現的基礎上，也能夠有效整合先進傳感器技術，通過傳感器對海量數據加以妥善處理。除此之外，在企業使用專家系統過程中，可以將逆向推理當作反饋機構，對各項參數做到優化調整的基礎上，甚至也能夠對機構實施精細化把控。而且在閉環系統中，工作人員也可以借助模糊集合與模糊關系將信息整合到系統當中，通過神經網絡技術的作用，能夠提升智能制造系統的學習水平，最終達到在線自動化識別的效果[7]。

3.5 設備裝置應用

目前，很多企業生產設備都逐步運用了機電一體化系統，因而利用智能控制技術的現象也較為普遍。例如相關單位可以將智能控制系統應用到機械設備之上，從而推動自身的機械設備朝著智能化方向發展，有效提高自己的生產效率，使得機械設備的自動性進一步提高。此外，目前我國電商行業取得進一步發展，帶動了快遞行業的發展，因此快遞行業亟須提高自己的處理效率，進而滿足市場的需求。利用智能控制技術，不僅能夠使得快遞挑揀、商品分配效率提高，同時也能夠應用到大型的商品儲存倉庫之中，便于快速挑揀商品貨物。另外，在一些家居產品上，運用智能控制技術也較為廣泛，例如自助掃地設備能夠幫助人們自主完成打掃工作[8]。

3.6 電力領域應用

城市化建設水平的提升，對電力產業提出更新更高的要求，電力產業服務水平關系到民眾生活質量，關乎企業生產。在現代化時代背景下，電力已經成為日常生活中不可缺少的一部分，在我國基礎設施建設中，智能電網作為國家重點規劃項目，在原有電網基礎上進行改造升級，通過智能化的控制體系、檢測體系以及操作體系，實現各類資源合理配置，提升電網運行的安全性與可靠性。從當前我國智能電網建設和運用實際情況來說，配網自動化技術運用能夠提升智能電網運行效率，為電力企業節約大量的人力成本，運行維護成本也有效降低，實現了電力系統經濟效益的提高。同時，借助于配網自動化技術還可以及時發現電網運行中故障，對故障范圍進行有效控制。

3.7 建筑領域應用

機電一體化系統在建筑領域也有極其廣泛的應用，同時也是智能控制技術應用發展的重要方向。將智能控制技術運用到建筑機電一體化系統中，能夠提升建筑行業智能化水平，為推動建筑現代化發展提供助力。其中，建筑照明系統作為智能控制常見類型，利用光照、聲音等實現對照明系統控制，即人們常見的聲控、光控。將智能控制運用到建筑領域，能夠為人們生活帶來便利，也能夠實現能源節約效果。其中建筑消防系統、報警裝置、門禁系統等，都充分利用智能控制系統，為建筑智能化發展提供幫助，為居民創造了舒適、安全的居住環境[9]。

4 結語

綜上所述，機電一體化系統發展離不開智能控制，將智能控制技術引入機電一體化系統中，能夠提升工業生產效率，改變原有控制理論弊端，為各領域高效發展提供保障。通過對智能控制應用進行充分的探究和分析之后，才可以促進智能控制技術應用效率的提高，確保提升機電一體化系統的穩定性和智能型，進而推動機電一體化系統的不斷發展，為社會的穩定發展提供保障。