基于智能控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用

王順順

（湖南中車時(shí)代通信信號(hào)有限公司北京分公司，北京100071）

1 引言

隨著我國(guó)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)于機(jī)械電子產(chǎn)品的需求越來(lái)越多，同時(shí)，人們更希望機(jī)械電子產(chǎn)品能夠具備智能化和自動(dòng)化的多元功能，進(jìn)而滿足當(dāng)今社會(huì)需求。將智能控制工程應(yīng)用于機(jī)械電子工程是相關(guān)領(lǐng)域未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)智能控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用，大大提高了機(jī)械電子產(chǎn)品的可操作性和實(shí)用性，有效解放了人工勞動(dòng)力，進(jìn)而為相關(guān)企業(yè)降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

2 智能控制工程與機(jī)械電子工程的概述

2.1 智能控制工程的概念

智能控制工程是基于控制論演化而來(lái)的現(xiàn)代化控制工程，其中包括計(jì)算機(jī)理論和信息技術(shù)理論等諸多現(xiàn)代化理論，智能控制工程可以對(duì)各個(gè)系統(tǒng)或工程進(jìn)行自動(dòng)控制，有效提高了相關(guān)系統(tǒng)或工程的可操作性。在實(shí)際工作當(dāng)中，智能控制工程還融入了許多相關(guān)技術(shù)，進(jìn)一步提高了控制工程的穩(wěn)定性和實(shí)用性。如今，各行各業(yè)應(yīng)用智能控制工程的主要目的是通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備與智能控制工程相結(jié)合，智能控制工程充分滲入到各種系統(tǒng)或工程，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，最終促進(jìn)行業(yè)自身的發(fā)展。

2.2 機(jī)械電子工程的概念

機(jī)械電子工程最早起源于機(jī)械工程，早期的機(jī)械工程以人工控制為主，生產(chǎn)能力較為低下，后來(lái)隨著電子技術(shù)的發(fā)展，并將其應(yīng)用到機(jī)械工程中，大大提高了機(jī)械工程的生產(chǎn)效率?，F(xiàn)階段，通過(guò)機(jī)械電子工程來(lái)開展生產(chǎn)活動(dòng)，可以滿足各行業(yè)的發(fā)展需求。機(jī)械電子工程相比于傳統(tǒng)的機(jī)械工程來(lái)說(shuō)有很多優(yōu)點(diǎn)，機(jī)械電子工程能有效提高相關(guān)產(chǎn)品的性能。如今，現(xiàn)代機(jī)械電子工程中還增加了信息交流功能，進(jìn)一步促進(jìn)了機(jī)械電子工程的發(fā)展。

3 智能控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用

3.1 集成自動(dòng)控制

集成自動(dòng)控制技術(shù)是我國(guó)機(jī)械電子工程中應(yīng)用最廣泛的智能控制技術(shù)，該技術(shù)是在信息技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，通過(guò)對(duì)信息技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新，使機(jī)械電子工程的控制系統(tǒng)得到了進(jìn)一步完善。在機(jī)械電子工程中應(yīng)用集成控制技術(shù)能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的多臺(tái)機(jī)械電子設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理與控制，充分發(fā)揮各種設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，使各種設(shè)備能夠協(xié)同合作，大大提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。集成自動(dòng)控制技術(shù)可有效整合各種設(shè)備的運(yùn)行情況和生產(chǎn)信息，進(jìn)而采用最有效的控制方式，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備的集成控制?，F(xiàn)如今，隨著科技的不斷發(fā)展，集成自動(dòng)控制系統(tǒng)也得到了優(yōu)化和改進(jìn)，科研人員在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又研發(fā)出了具有柔性自動(dòng)控制的集成控制系統(tǒng)。將新型集成控制系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床及相關(guān)機(jī)械電子設(shè)備中，能夠更加科學(xué)、高效地完成相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)與制造[1]。

3.2 智能控制系統(tǒng)在機(jī)械電子工程中的運(yùn)用

智能控制系統(tǒng)指的是人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合,對(duì)機(jī)械電子工程中的特定操作流程實(shí)施人工化的智能模擬與控制,從而讓智能機(jī)器人模擬人工操作方式來(lái)完成工作。其原理在于讓智能控制系統(tǒng)模擬人類大腦的思維模式,從而實(shí)現(xiàn)自主收集所需信息等工作。所以,信息時(shí)代背景下,社會(huì)生產(chǎn)智能化是各行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì),將智能控制系統(tǒng)結(jié)合人工智能的特性有效地運(yùn)用于社會(huì)生產(chǎn)中,和過(guò)去相比生產(chǎn)效率得到了極大提升,不僅減少了人工操作,避免了工作人員操作不當(dāng)所帶來(lái)的失誤,還能通過(guò)智能控制系統(tǒng)嚴(yán)格控制生產(chǎn)操作各環(huán)節(jié),有效減少成本。

3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用

人類的神經(jīng)系統(tǒng)，具有眾多神經(jīng)元，通過(guò)大腦控制這些神經(jīng)元進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)全身的控制[2]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)就是基于這種控制原理而產(chǎn)生的智能控制技術(shù)，通過(guò)建立完善的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，可以對(duì)某一區(qū)域內(nèi)的各種機(jī)械電子設(shè)備進(jìn)行控制，進(jìn)而提高控制效率，降低人工控制的勞動(dòng)強(qiáng)度。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)可以對(duì)各神經(jīng)元收集的信息進(jìn)行統(tǒng)一處理，之后將處理過(guò)的信息反饋給各個(gè)神經(jīng)元，最終由神經(jīng)元支配各種機(jī)械電子設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)的指令。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能控制和自動(dòng)控制的關(guān)鍵技術(shù)，也是未來(lái)機(jī)械電子工程領(lǐng)域的主要發(fā)展方向。例如，現(xiàn)階段的數(shù)控設(shè)備缺乏一定的信息識(shí)別與處理能力，需要由人工控制才可執(zhí)行相應(yīng)的操作，而加入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)之后，人工僅需對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)整，之后便完全由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的整體運(yùn)行情況進(jìn)行控制，有效降低了人工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.4 魯棒性在機(jī)械電子工程中的運(yùn)用

魯棒性是實(shí)現(xiàn)機(jī)械電子工程智能控制的重要特性。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，魯棒性是指設(shè)備在受到外界干擾的情況下，控制系統(tǒng)仍能保持原有的性能，進(jìn)而對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效控制的特性，這種特性對(duì)于實(shí)現(xiàn)機(jī)械電子工程智能控制來(lái)說(shuō)具有非常重要的意義。所以在機(jī)械電子工程智能控制功能的研究過(guò)程中，相關(guān)人員必須要重視魯棒性的價(jià)值。對(duì)于柔性臂軌跡制造來(lái)說(shuō)，常常用到滑膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，之后又在此基礎(chǔ)上研制出慢變控制器，最終基于Hx的控制理論，開發(fā)出魯棒控制器，并對(duì)于系統(tǒng)控制器進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。正因?yàn)槿绱耍嚓P(guān)人員在進(jìn)行對(duì)操作軌跡的模擬研究環(huán)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)償控制計(jì)算時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用補(bǔ)償控制算法，這樣才能確?；そY(jié)構(gòu)能同Hx控制理論進(jìn)行組合性控制，并有效確保控制系統(tǒng)在目標(biāo)軌跡運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行控制的精度。

3.5 模糊控制工程在機(jī)械電子工程中的使用

傳統(tǒng)的機(jī)械加工過(guò)程由于工藝復(fù)雜、工步繁多，使得整個(gè)過(guò)程的操作相對(duì)煩瑣，給工作人員增加了工作量，嚴(yán)重阻礙了生產(chǎn)效率的提高。相關(guān)人員希望在傳統(tǒng)控制方法的基礎(chǔ)上建立控制模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械電子工程的自動(dòng)控制，但效果并不理想。隨著智能控制工程的發(fā)展與應(yīng)用，人們又著手于應(yīng)用模糊控制理論來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械電子工程自動(dòng)化控制的研究，并取得了顯著成效[3]。模糊控制理論不再像傳統(tǒng)控制理論一樣，要求對(duì)控制工作做到絕對(duì)精準(zhǔn)，而是通過(guò)確定一個(gè)誤差范圍，使相關(guān)的控制工作在規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行，進(jìn)而降低了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的難度。但實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，工作人員應(yīng)該深入研究相關(guān)生產(chǎn)工作的合理誤差范圍，進(jìn)而使模糊控制技術(shù)更加精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械電子工程的控制。

3.6 預(yù)測(cè)控制技術(shù)的應(yīng)用

預(yù)測(cè)控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械電子工程中，可以對(duì)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，進(jìn)而根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)控制，以滿足各行業(yè)的生產(chǎn)需求。以高速液壓機(jī)為例，為了滿足日益變化的生產(chǎn)需求，需要不斷提升高速液壓機(jī)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和壓力，這就對(duì)設(shè)備產(chǎn)生了較大的載荷沖擊，很可能在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)系統(tǒng)超調(diào)的情況，嚴(yán)重影響高速液壓機(jī)的運(yùn)行精度和安全。通過(guò)將預(yù)測(cè)控制技術(shù)應(yīng)用到高速液壓機(jī)當(dāng)中，可以根據(jù)高速液壓機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際情況建立相應(yīng)的預(yù)測(cè)模型，進(jìn)而對(duì)其運(yùn)行速度和壓力起到智能控制作用。通過(guò)預(yù)測(cè)高速液壓機(jī)的輸出值，可以精準(zhǔn)地確定高速液壓機(jī)的運(yùn)行誤差，并能在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)控制，最終消除因運(yùn)行速度過(guò)快和壓力過(guò)大引起的設(shè)備誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

今后機(jī)械電子產(chǎn)品將會(huì)朝著智能化、信息化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，這是時(shí)代與科技進(jìn)步的必然結(jié)果。隨著智能控制工程在傳統(tǒng)機(jī)械電子工程中的應(yīng)用，可以提高機(jī)械電子產(chǎn)品工作時(shí)的精準(zhǔn)性，并能確保機(jī)械電子產(chǎn)品操作人員的安全。智能控制工程與機(jī)械電子工程的有機(jī)結(jié)合，可以最大限度地發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，最終使國(guó)家不斷進(jìn)步。