機電一體化系統中智能控制的應用及發展趨勢

李風明

（山東華邦建設集團有限公司，山東 濰坊 262500）

融合機械技術、電工電子技術、信息技術等多種自動化、智能化技術手段所構成的機電一體化系統已經成為企業生產的一大助力，利用計算機對機械設備進行智能化操控，降低人力資源投入，規避人為因素引起的失誤，顯著提高生產效率和產品精度，產品使用壽命得以延長，其功能也能夠充分發揮出來。在機電一體化系統中運用智能控制，實現對操作系統的統一化、集成化管理，可以簡化生產流程，提高生產安全性，給企業帶來更多經濟效益，增強現代企業的市場競爭力。可以說，機電一體化系統與智能控制的融合將會掀起產業改革升級浪潮，賦予產品智能化特征，進一步優化產品功能，更好的服務于社會公眾，給相關行業創新發展注入了源源不斷的活力生機。

1 機電一體化系統與智能控制相關理論概述

機電一體化系統是由多種先進技術集于一體的高新科技產物，主要包括機械結構、動力源、傳感器、控制裝置、執行器，構造精密，集成度高，在企業生產中應用范圍較為廣泛。機電一體化系統各部分結構功能為：機身和零部件由機械構成，不易遭到外力破壞；動力裝置為系統運行提供能源，維持各個構件的高速運轉；傳感器可以收集系統內外環境參數，并轉變為各個構件可以識別的控制信息；控制裝置會對輸入指令進行分析處理，向其他構件發出控制指令；執行器會嚴格執行控制指令，控制不同裝置進行精準操作，高效完成產品的生產加工。

智能控制是與人工控制形成鮮明對比的新型控制模式，模仿人的思維方式，向控制系統下達命令，深入到復雜惡劣的環境下作業，打破人工控制局限性，達到高效精準的控制目標，已經成為產品生產加工中不可或缺的關鍵技術。

應用智能控制可以避免生產環境中的有毒有害、易燃易爆物質或者生產工藝操作不當對人體健康和生命安全造成威脅，對于各種突發性狀況能夠妥善應對，減少了不必要的損失，深受廣大企業青睞?？梢灶A見的是隨著智能控制技術的逐漸發展成熟，勢必會在更多領域中取代人工控制，控制機械完成人力不可及的任務，引領產業朝著現代化、智能化的方向全面邁進。

2 智能控制與機電一體化系統融合發展的重要意義

在機電一體化系統中應用智能控制是一個比較新穎的思路，可對操作系統進行協調，降低機電一體化設備各個零部件的運行沖突，簡化操作流程，延緩設備老化，提高生產效率及企業效益。具體而言，運用智能控制有著以下幾點突出優勢。

（1）有利于優化操作流程。群控系統是智能控制的一大特色，運用該系統對企業生產設備進行統一管理，提高了管理的便捷性，尤其是對于那些操作流程完全相同的機電一體化設備，直接對接任務系統，自動下達控制指令，確保機電一體化設備能夠按照既定流程實施生產作業，提高了設備性能。

（2）有利于提高操作精度。在機械制造領域對零部件精度有著較高要求，機電一體化設備的智能化程度是決定零部件精度的一個重要影響因素，而智能控制的應用可以顯著提升機電一體化設備的操作精度，減小了零部件尺寸、規格上的誤差，提高了零部件的合格率，那么企業將獲得更多效益，在合作方心中也會樹立可靠形象，市場競爭力更為強勁。

（3）能夠賦予設備智能特性。當今時代企業傾向于使用智能化機電一體化設備，以滿足高效率、高質量生產要求，自動執行系統指令，對產品尺寸和質量進行精準控制，致力于降低生產成本，減少資源浪費。智能控制的應用實現了這一理念，根據生產要求編寫控制指令，對所有機電一體化設備進行集成化管理，有力防范了產品質量問題的滋生。

（4）有利于提高生產效率。機電一體化設備通常同時進行多軸加工，憑借人力控制極有可能出現失誤，而智能控制的應用會預先編寫嚴謹程序，不斷改良加工流程，強化控制效果，以實現同一時刻對數控機床不同刀具的精確控制，充分滿足了機械制造企業高效率、高精度生產加工需求，生產計劃能夠順利完成。

3 機電一體化系統中智能控制的應用現狀

3.1 在機械制造中的應用

若論機電一體化系統在民用生產中的最早應用，要數機械制造行業，可以對企業生產過程進行在線監控，檢測設備運行狀況，實施故障診斷等，人工控制會給工作人員的身心造成極大負擔，工作時間越長，工作效率就會越低，難以滿足企業高強度、連續性生產要求。智能控制在機械制造中的應用會仿造人的思維為機電一體化設備制定操作程序（如圖1），下達控制指令，完全不會受到時間、空間、環境因素的干擾，設備操作始終處于高效狀態，產品精度得以保證。設計人員可以根據企業生產需求編寫程序并存儲在智能控制裝置中，由該裝置控制機電一體化設備，收集、處理和分析設備運行信息，適時地調整參數，降低設備故障率，確保生產的安全高效性。

數控技術在現代化工業制造體系中具有重要的現實應用價值，例如常見的數控機床、數控火焰切機床等，這些設備在逐步更新的數控技術的應用條件下，能夠根據實際需要做出軸頭旋轉、自動換刀等動作，是提升工業制造效率的關鍵因素。而在融入機電一體化技術后，將徹底消除原本數控技術的應用缺陷，無論是在編程還是在實際操作過程中，均獲得了漏洞修復條件，并為操作人員提供了更多的有效操控條件。

3.2 在機器人領域中的應用

相信關注智能控制技術的公眾對于智能機器人比賽不會感到陌生，由我國各大高校定期組織相應賽事，要求參賽者將控制程序錄入到操作系統中，當其下達指令后機器人就會按照既定程序完成特定任務，向公眾展示業內最新科研成果。作為機電一體化系統與智能控制融合的科技產物，智能機器人之所以能夠在人下達指令后迅速執行，主要依賴于傳感器實施人機互動，有效控制機器人的行進方向和路線，定位極為精準，可以替代人力從事一些簡單重復的工作。如今在許多場所都能看到智能機器人的身影，有利于先進知識技術的傳播，促進社會朝著更高層次進步發展。

3.3 在交流伺服系統中的應用

交流伺服系統在同步和異步電動機中的應用分為不同類型，無論哪種系統運行都較為復雜，在多種因素的影響下，伺服特性會有所降低，機電一體化設備無法正常運行，嚴重制約企業生產效率和質量的提升。高性能伺服控制需要精準反饋轉子位置，否則會對矢量控制方法的控制效果產生不良效應，現有技術手段難以達成這一目標，即使運用無位置傳感器仍然無法適應所有伺服控制場景，國內交流伺服系統生產廠商很難拓寬海外市場。提高伺服特性的有效途徑就是研發高動態的伺服電機，構建精度較高的數學模型，以便隨時對機電一體化設備運行參數予以調整，保持交流伺服系統運行的穩定性與可靠性（如圖3）。

3.4 在數控加工中的應用

數控加工中應用智能控制技術，會使數控功能更加豐富，加工流程更趨于標準化和規范化，提高零件合格率，實現工業企業的規?；a。通過在線監控數控機床的運行，提取不同時刻的運行參數，與數據庫信息進行比較，在數控機床出現故障的第一時間發出警報，自動排除故障問題，盡快恢復正常生產。機電一體化系統與智能控制的融合，對零件生產過程進行嚴密動態的監控，各個環節加工效率極高，根據不同零件的加工要求下達相應指令控制刀具，自動檢測零件質量和精度是否達標，計算合格率，為控制程序的優化給予可靠依據。在先進技術的有力支撐下，企業綜合效益將不斷提高。如圖3。

3.5 在建筑領域中的應用

不同用戶對建筑使用功能有著差異化要求，智能建筑是建筑行業發展的一大趨勢，能夠為建筑用戶提供多樣化的生活服務，使之享受到舒適、健康和便利。機電一體化系統是智能建筑的核心系統，與智能控制技術相結合，實時采集室內環境數據，適時地啟動暖通空調系統，調節溫濕度，確保一年四季室內溫度都比較適宜，通風狀況良好，讓人們可以安心學習、工作和休息。對照明設備進行智能化控制，室內光線較暗時自動開啟燈具，采光條件好時關閉燈具，既可以節約電能，又能滿足人們的照明需求，社會公眾對居住環境由衷感到滿意，為建筑行業發展提供大力支持。

4 機電一體化系統與智能控制融合發展趨勢

現階段，機電一體化系統與智能控制相結合運用于眾多領域中，已經取得了傲人成績，促使產業結構調整和優化升級得以穩步落實，行業發展勢頭一片大好，給企業生產及公眾生活帶來了極大便利。隨著人們對機電一體化系統與智能控制技術的研究越來越深入，二者的融合將會更加緊密，先進技術產物會逐漸取代傳統落后的生產模式，智能化機電一體化設備廣為運用到社會生產的各個層面，加快生產進度，擴大生產效益，提高我國機械化、自動化生產水平，推動我國機械制造行業走入強國之列，在國際競爭中占據領先優勢。

5 結語

新常態下，機電一體化系統與智能控制的結合應用一定程度上促進了機械制造行業的創新發展，有利于滿足企業精細化生產管理要求，達成提質增效目標?；诖?，加強對相關技術的研究，探索機電一體化系統與智能控制技術深度融合的可行路徑，使之能夠更好的服務于產業結構升級，提高行業的國際競爭力。