淺談機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用

馮占營

[摘要]伴隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，機(jī)電一體化系統(tǒng)已不斷深入并得以廣泛應(yīng)用，但是隨著系統(tǒng)控制的環(huán)境、對(duì)象等外部因素的復(fù)雜化，智能控制在機(jī)電一體化的應(yīng)用中越來越廣泛，并在機(jī)電一體化系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。智能控制則是在這種背景下研究出來的一種新技術(shù)，其能夠顯著改善一體化控制中的許多缺陷，保證了整個(gè)一體化控制系統(tǒng)的順利運(yùn)行。文章詳細(xì)闡述了智能控制的相關(guān)問題，并重點(diǎn)研究了智能控制對(duì)數(shù)控技術(shù)的影響

[關(guān)鍵詞]機(jī)電一體化；系統(tǒng)；智能控制

[中圖分類號(hào)]TP18 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0021-01

我國的機(jī)電一體化技術(shù)越來越成熟，在工業(yè)與農(nóng)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但在實(shí)際的生活中，很多機(jī)電一體化應(yīng)用中的農(nóng)業(yè)與工業(yè)對(duì)象具有多層次、不確定性、非線性等特征，給機(jī)電一體化的發(fā)展帶來了很大的難題。智能控制系統(tǒng)的出現(xiàn)及應(yīng)用，為機(jī)電一體化的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境。本文將從智能系統(tǒng)與機(jī)電一體化的角度出發(fā)，著眼兩者的融合應(yīng)用，研究機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用。

一、關(guān)于機(jī)電一體化的概述

1.1 機(jī)電一體化的含義

所謂機(jī)電一體化，又稱機(jī)械電子學(xué)，是指將電工電子技術(shù)、信息技術(shù)、接口技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等多支技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)生活中去的一項(xiàng)綜合性的技術(shù)。

1.2 機(jī)電一體化的基本內(nèi)容與組成要素及原則

機(jī)電一體化的基本內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：一是機(jī)械技術(shù)，二是計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)，三是系統(tǒng)技術(shù)，四是自動(dòng)控制技術(shù)，五是傳感檢測(cè)技術(shù)，六是伺服傳動(dòng)技術(shù)。機(jī)電一體化的組成要素包括：一是結(jié)構(gòu)組成要素；二是運(yùn)動(dòng)組成要素；三是感知組成要素；四是職能組成要素。機(jī)電一體化的四大原則包括：一是結(jié)構(gòu)耦合；二是運(yùn)動(dòng)傳遞；三是信息控制；四是能量轉(zhuǎn)換。

二、關(guān)于智能控制

2.1 智能控制的含義

所謂智能控制，就是指在無人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的自動(dòng)控制技術(shù)，是用計(jì)算機(jī)模擬人類智能的一個(gè)重要領(lǐng)域，主要面向比傳統(tǒng)控制更為復(fù)雜、多樣的控制任務(wù)和控制目的，為當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展帶來了更為廣泛的適應(yīng)空間，解決了傳統(tǒng)控制無法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜系統(tǒng)的控制。傳統(tǒng)的控制只是智能控制中的一個(gè)組成部分，是智能控制最底層的階段。智能控制是由多個(gè)學(xué)科相互交叉所形成的學(xué)科，它的理論基礎(chǔ)包括信息論、自動(dòng)控制論、運(yùn)籌學(xué)及人工智能等內(nèi)容。

2.2 智能控制的特征

智能控制具有以下特征：一是智能控制的核心在高層控制，即組織級(jí)；二是智能控制器具有非線性特性；三是智能控制具有變結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；四是智能控制器具有總體自尋優(yōu)特性；五是智能控制系統(tǒng)應(yīng)能滿足多樣性目標(biāo)的高性能要求；六是智能控制是一門邊緣交叉學(xué)科；七是智能控制是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。

2.3 智能控制的類型

一是集成或者混合（復(fù)合）控制；二是分級(jí)遞階控制系統(tǒng)；三是專家控制系統(tǒng)（Expert System）；四是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；五是學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)；六是進(jìn)化計(jì)算與遺傳算法；七是組合智能控制方法等。

2.4 智能控制發(fā)展的趨勢(shì)

智能控制系統(tǒng)具有極強(qiáng)的學(xué)習(xí)功能、組織功能及適應(yīng)性功能，其在機(jī)電一體化方面的廣泛應(yīng)用是當(dāng)前智能控制的一大發(fā)展趨勢(shì)。遺傳算法、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的最常見的四種技術(shù)，它們之間存在著相互依存、相輔相成的關(guān)系。近年來，智能控制技術(shù)在國內(nèi)外已有了較大的發(fā)展，己進(jìn)入工程化，實(shí)用化的階段。但作為一門新興的理論技術(shù)，它還處在一個(gè)發(fā)展時(shí)期。然而，隨著人工智能技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，智能控制必將迎來它的發(fā)展新時(shí)期。

三、智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

從20世紀(jì)90年代后期，機(jī)電一體化技術(shù)向智能控制發(fā)展，開辟了機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的新篇章。機(jī)電一體化的未來發(fā)展必將是以智能化作為主要方向，智能控制的優(yōu)劣直接決定機(jī)電一體化系統(tǒng)的整體水平。

3.1 智能控制在機(jī)械制造過程中的應(yīng)用

機(jī)械制造是機(jī)電一體化系統(tǒng)中的重要組成部分，當(dāng)前最先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)就是將智能

控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有機(jī)結(jié)合，向智能機(jī)械制造技術(shù)的方向發(fā)展。其最終目標(biāo)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)取代一部分腦力勞動(dòng)，從而模擬人類制造機(jī)械的活動(dòng)。同時(shí)，智能控制技術(shù)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)計(jì)算的方法對(duì)機(jī)械制造的現(xiàn)狀進(jìn)行動(dòng)態(tài)地模擬，通過傳感器融合技術(shù)將采集的信息進(jìn)行預(yù)處理，從而修改控制模式中的參數(shù)數(shù)據(jù)。智能控制在機(jī)械制造中的應(yīng)用領(lǐng)域包括：機(jī)械故障智能診斷、機(jī)械制造系統(tǒng)的智能監(jiān)控與檢測(cè)、智能傳感器及智能學(xué)習(xí)等。

3.2 智能控制在數(shù)控領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展對(duì)數(shù)控技術(shù)提出了更高的要求，不僅需要完成很多的智能功能，還需要擴(kuò)展、模擬、延伸等新的智能功能，從而使得數(shù)控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)智能編程、智能監(jiān)控、建立智能數(shù)據(jù)庫等目標(biāo)，運(yùn)用智能控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。比如說，利用專家系統(tǒng)可以數(shù)控領(lǐng)域中難以確定算法與結(jié)構(gòu)不明確的一些問題進(jìn)行綜合處理，再運(yùn)用推理規(guī)則將數(shù)控現(xiàn)場(chǎng)的一些數(shù)控故障信息進(jìn)行推理，從而獲得維修數(shù)控機(jī)械的一些指導(dǎo)性建議。

3.3 智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用

機(jī)器人所具有非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)變性的特征主要體現(xiàn)在動(dòng)力系統(tǒng)中，在控制參數(shù)的系統(tǒng)中機(jī)器人具有多任務(wù)及多邊變性的特征，這些特征適合智能控制技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)前智能控制技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是機(jī)器人手臂姿態(tài)及動(dòng)作的智能控制；二是機(jī)器人在多傳感器信息融合與視覺處理方面的智能控制；三是機(jī)器人在行走路徑與行走軌跡跟蹤方面的智能控制；四是通過專家控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)環(huán)境進(jìn)行定位、監(jiān)測(cè)、建模及規(guī)劃控制等方面的探究。

3.4 智能控制在建筑工程中的應(yīng)用

智能控制在建筑工程中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是智能控制在建筑物照明系統(tǒng)中的應(yīng)用，它主要通過通信與計(jì)算機(jī)控制的聯(lián)網(wǎng)，對(duì)每一個(gè)時(shí)段的照明系統(tǒng)進(jìn)行控制，主要表現(xiàn)在對(duì)照明時(shí)間、照明系統(tǒng)的節(jié)能、照明邏輯方面的智能控制；二是對(duì)建筑物內(nèi)的空調(diào)進(jìn)行智能控制，通過比例積分調(diào)節(jié)器閉環(huán)的方式對(duì)空調(diào)在夏季與冬季使用時(shí)的模式進(jìn)行設(shè)置，可以智能地調(diào)節(jié)空調(diào)的風(fēng)閥，在確保建筑內(nèi)空氣質(zhì)量的同時(shí)，減少能量的浪費(fèi)。

3.5 智能控制在機(jī)電一體化中的效果

機(jī)電一體化是推動(dòng)工業(yè)現(xiàn)代化的重要技術(shù)。“智能化”作為當(dāng)代科技的趨勢(shì)所在，因此智能控制在機(jī)電一體化中的作用不可估量，智能控制應(yīng)用于機(jī)電一體化中有以下幾點(diǎn)作用：優(yōu)化效能：多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)用的是模塊化設(shè)計(jì)的思路和方式，有著較為廣闊的功能涉及面，裁剪性也非常好。如果是群控系統(tǒng)，對(duì)于相同的群控系統(tǒng)完全可以借助各種操作流程，進(jìn)而保證系統(tǒng)的調(diào)整能夠符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求；提高精度：精度對(duì)于數(shù)控機(jī)床而言是衡量機(jī)電一體化制造技術(shù)的重要指標(biāo)，直接影響著產(chǎn)品加工成品率的高低。與舊的設(shè)備相比，智能數(shù)控系統(tǒng)融合了高速CPU芯片、多CPU控制系統(tǒng)、RISC芯片與交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，促使機(jī)床的精度得以大大的提高；程序控制：操作程序是系統(tǒng)運(yùn)行的主要指令，根據(jù)加工產(chǎn)品的尺寸、精度來編制操作程序才能使產(chǎn)品加工后達(dá)到智能效果；改進(jìn)加工：智能控制方式的運(yùn)用可以縮短加工時(shí)間、優(yōu)化操作流程。實(shí)現(xiàn)了復(fù)合加工的效果，數(shù)控機(jī)床通過智能控制滿足了多軸、多控制加工的需要，可以有效地減少人工操作次數(shù)，加工程序得到了優(yōu)化和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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