智能控制工程和機械電子工程的結(jié)合

蒲小剛

(新疆阿勒泰布爾津縣人民醫(yī)院 新疆阿勒泰 836600)

控制理論是在十八世紀英國技術(shù)革命時期提出的，在改良的蒸汽機出現(xiàn)之后，瓦特嘗試把離心式非錘調(diào)速器的基本控制原理應用在蒸汽機轉(zhuǎn)速控制中，為機械行業(yè)的發(fā)展做出了新的貢獻。在后來的發(fā)展中也出現(xiàn)了更加先進的控制分析系統(tǒng)。隨著信息化進程的推進，控制技術(shù)也實現(xiàn)了在機械電子工程領(lǐng)域中更加廣泛的應用，這也推動著機械電子工程朝著更加智能化的方向發(fā)展。

一、概念

智能控制工程的英文名為“Intelligent engineering”，它主要是指創(chuàng)造各種形式的智能系統(tǒng)，包含計算機、信息技術(shù)等多個理論，具有整體性、實用性、多樣性等特點。智能控制工程通過將計算機技術(shù)和人工智能技術(shù)相結(jié)合，對工程中既定的工作流程進行智能化的模擬和全方位的控制，進而通過機器人模仿人工操作的方式完成整個工作流程。目前，各種各樣的科學技術(shù)層出不窮，被應用到機械電子工程中，不斷提升整體的運行效率。機械電子工程的英文名為“Mechatronic engineering”它是指多種技術(shù)集于一體，減少人工操作，降低工作人員的工作強度，同時提高機械電子設(shè)備的運行效率，使整個行業(yè)朝著更加智能化的方向前進。在以往的運行模式下，工作人員往往要承擔非常多的工作量，在工作中出現(xiàn)一點誤差就會發(fā)生安全事故，造成十分不利的影響。而機械電子工程可以避免這種情況，采用各種機械設(shè)備推動電子技術(shù)的發(fā)展，通過不同的生產(chǎn)方式可以大幅度提升工作效率，減少各種違規(guī)操作現(xiàn)象，實現(xiàn)對各個環(huán)節(jié)的有效把控。

二、智能控制工程和機械電子工程的結(jié)合

（一）魯棒控制的使用

魯棒控制的英文名稱為“Robust Control”，從實際使用的角度來看，它就是通過設(shè)計一個控制操作機來滿足一些性能指標的使用。當系統(tǒng)的數(shù)學模型存在不確定性的時候，整個控制系統(tǒng)的性能可以保持不變。這里的不確定性主要是指模型的不準確性、隨著時間的變化系統(tǒng)參數(shù)和特性的變化等[1]。在實際工作中，大多數(shù)控制問題都可以轉(zhuǎn)化為圖1所示的情況。一般情況下，在機械電子工程中使用該裝置需要注意以下幾點：首先，工作人員確保選擇H ∞的控制理論對魯棒控制系統(tǒng)進行研究，并在這基礎(chǔ)上對其內(nèi)部的各個結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，確保整個功能、性能的優(yōu)化，能夠符合工作的正常要求。然后，在上述工作的基礎(chǔ)上，還要對魯棒控制理論內(nèi)容進行研究，以確保進行定位并控制目標的運行軌跡，使整個電子機械工程能夠順利運行。

目前，魯棒控制逐漸被應用于機械電子工程中，如汽輪發(fā)電機魯棒控制，其最終目的是要設(shè)計一個反饋控制器，從而保證系統(tǒng)內(nèi)部的運行點同時段的穩(wěn)定運行。在飛行器方面，魯棒控制也取得了較好的應用。飛行器的飛行控制姿態(tài)問題屬于多個變量的非線性控制問題，首先，需要構(gòu)建模型并推算出沒有動力下的飛行器的動力學方程。按照相應的原理采用兩環(huán)結(jié)構(gòu)的控制方案，分別對應兩種系統(tǒng)：慢變和快變。對于快環(huán)來說，它的帶寬應該是慢環(huán)的3到5倍，這是將慣性和氣動力矩的不確定性考慮在內(nèi)的結(jié)果。對于慢環(huán)來說，指令姿態(tài)角、角速度等最終目的都是應用于形成體軸指令角速度。在對操作軌跡進行模擬的時候，往往采用補償控制算法進行計算，以此來保證滑膜變結(jié)構(gòu)和H ∞。通過計算可知，選擇恰當?shù)目刂茀?shù)，也就是明確不確定的上限和下限就可以完成整個快環(huán)的控制率設(shè)計，慢環(huán)設(shè)計也一樣。在上述實例中可以看出，魯棒控制為處理不確定性提供了有效手段，也為控制系統(tǒng)提供了實用的方法。

（二）神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術(shù)

在這一技術(shù)的應用中，智能化控制技術(shù)的作用主要體現(xiàn)在對涵蓋多種性能的神經(jīng)元進行全方位的控制。神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術(shù)主要是為了解決復雜的非線性、不確定性、不確知性，在不確定、不確知的環(huán)境中控制問題，從而保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性[2]。該技術(shù)通過收集并處置神經(jīng)元的信息，然后向各個子神經(jīng)元的電子設(shè)備反饋整理處理的結(jié)果，實現(xiàn)指令的傳達。在機械電子工程的實際應用中，神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術(shù)是一種十分重要的技術(shù)。通過將參數(shù)調(diào)整為統(tǒng)一標準，對設(shè)備運行的整體流程進行控制，從而減少人工操作，避免出現(xiàn)工作誤差，提升整體工作的精度和安全性。

神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的設(shè)計，對于確定性系統(tǒng)和環(huán)境來說，首先要設(shè)計控制器，校正對象的特性，確?？刂葡到y(tǒng)達到要求的指標。對于不確定性系統(tǒng)和環(huán)境，要將神經(jīng)網(wǎng)絡做辨識器，在線識別對象模型，由于網(wǎng)絡的學習能力辨識器的參數(shù)可以隨著對象、環(huán)境的變化而進行相應的改變。由神經(jīng)網(wǎng)絡做控制器，其性能隨著對象、環(huán)境的變化而自動適應改變。以往工作人員在進行數(shù)控機床生產(chǎn)的時候，往往由于技術(shù)的原因?qū)е虑懈町a(chǎn)品的尺寸不夠精確，從而影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品制成率，而將神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術(shù)應用在機械電子工程中，就能夠減少甚至避免數(shù)控機床切割工作中出現(xiàn)的不精確性的情況，可提升機械電子工程的生產(chǎn)安全性。

（三）模糊控制工程

機械電子工程的加工流程比較多，步驟也比較復雜，僅利用傳統(tǒng)的方法去建立模型的難度比較大。針對這一問題，往往采用模糊控制的方法來處理，模糊控制的作用主要是將問題化繁為簡[3]。這兩種方法最主要的區(qū)別在于，傳統(tǒng)方法需要建立一個系統(tǒng)的、清晰的模型，模糊控制工程則不需要對機械工程進行精準化的研究，只需要保證輸入量在正常的偏差限度內(nèi)。兩種方法相比較下，后者減少了工作的難度，確保了自動化控制效果，因此得到了廣泛應用。目前，模糊控制已經(jīng)被應用于機器人控制、車輛自動駕駛等方面，大大提升了工作效率。

（四）集成自動控制

集成自動控制是目前比較常見的智能控制技術(shù)，它是在信息技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此它也涵蓋各種技術(shù)的優(yōu)點，能對各種電子設(shè)備進行集成化的管理，從而提高機械電子設(shè)備的整體運行效率[4]。

（五）預測控制技術(shù)

預測控制技術(shù)是目前控制工程中的一項關(guān)鍵技術(shù)，前瞻性是這項技術(shù)最明顯的特點。在機械電子設(shè)備的運行中，對設(shè)備的工作狀態(tài)進行隨時隨地的監(jiān)控，一旦出現(xiàn)問題可以及時處理，并對可能出現(xiàn)的問題進行預測，預先制定應對方案，確保整個機械電子運行的有效性和穩(wěn)定性[5]。例如，高速壓液機在運行過程中要利用預測控制技術(shù)，減少運行過程中的壓力，并在收集數(shù)據(jù)的過程中進行模型的構(gòu)建，通過連續(xù)的預測判斷設(shè)備的承壓能力是否符合相應的要求并制定方案，避免出現(xiàn)誤差。

綜上所述，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，智能化已經(jīng)被應用于各行各業(yè)，尤其是計算機控制工程技術(shù)的提升，更加實現(xiàn)了社會生產(chǎn)力的提升。機械電子工程是社會生產(chǎn)的重要技術(shù)，將智能控制技術(shù)和機械電子工程相結(jié)合，可以更好地提升機械電子工程的工作效率，使整個產(chǎn)品和制造過程更加高效。