智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運(yùn)用

陳炳良

[摘 ? ?要]智能控制是指不需人工進(jìn)行干預(yù)的情況下，機(jī)械化智能機(jī)器即能依照自主指令完成相應(yīng)任務(wù)。并通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)人類思維活動(dòng)進(jìn)行模擬，從而促進(jìn)智能控制效率的大幅提升。文章介紹了智能控制的基本特征及智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的運(yùn)用，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析了智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的具體運(yùn)用，為我國(guó)機(jī)電行業(yè)的更好發(fā)展提供了建議。

[關(guān)鍵詞]智能控制;機(jī)電一體化;具體運(yùn)用a

[中圖分類號(hào)]TP273.5;TH-39 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）05–00–03

Application of Intelligent Control in Mechatronics System

Chen Bing-liang

[Abstract]Intelligent control means that mechanized intelligent machines can complete corresponding tasks according to independent instructions without manual intervention. And simulate human thinking activities through computers， so as to greatly improve the efficiency of intelligent control. In this case， this paper first discusses the basic characteristics of intelligent control， summarizes the application of intelligent control in mechatronics system， and analyzes the specific application of intelligent control in mechatronics system combined with practical experience， in order to provide suggestions for the better development of China's Mechatronics Industry.

[Keywords]intelligent control; mechatronics; specific application

1 智能控制的基本特征

在當(dāng)今社會(huì)，智能控制具有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中運(yùn)用智能控制，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的自我驅(qū)動(dòng)，從而促進(jìn)機(jī)電一體化設(shè)備更高效率地完成復(fù)雜問(wèn)題。智能控制的發(fā)展已經(jīng)由此前的簡(jiǎn)單控制向多學(xué)科交叉控制方式轉(zhuǎn)變。相比于傳統(tǒng)控制方式，智能控制在非線性特性控制、高層核心控制等領(lǐng)域獲得了較大發(fā)展。智能控制核心主要由高層進(jìn)行合理控制，并具備組織性特點(diǎn)。與此同時(shí)，智能控制器具備非線性特征，并可落實(shí)多樣性方針的高性能需求，同時(shí)具備總體尋優(yōu)性特征。

2 智能控制在機(jī)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

智能控制涵蓋學(xué)習(xí)操控系統(tǒng)、遺傳算法及進(jìn)化核算操控系統(tǒng)、分階梯操控系統(tǒng)、專家操控系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)操控系統(tǒng)等。應(yīng)用智能控制技術(shù)，能夠大幅提升工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率。同時(shí)智能控制系統(tǒng)具備組織性、構(gòu)造性、避免交叉性等特征，能夠更好符應(yīng)時(shí)代對(duì)工業(yè)發(fā)展的長(zhǎng)期要求。相比于人工控制來(lái)說(shuō)，在精確性上大為提升，能夠更為高效地處理人工管理控制缺失的問(wèn)題，同時(shí)能夠打破時(shí)間、空間壁壘，完成全天候、多層次、全方位的不間斷遠(yuǎn)程控制，能夠大幅縮減管理流程，降低管理成本、縮減機(jī)電管理對(duì)人員健康的危害。智能控制系統(tǒng)，正在日漸推動(dòng)機(jī)電一體化的不斷發(fā)展。

3 智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的具體運(yùn)用

3.1 智能控制系統(tǒng)的整體技術(shù)分布及在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用

從類別形式上劃分，智能控制系統(tǒng)大體可分為兩類。①專家控制系統(tǒng)，專家控制系統(tǒng)指的是將專業(yè)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中予以錄入，并將輸入信息與技能信息相融合，根據(jù)相應(yīng)輸入情況運(yùn)行指令，促進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行。在專家控制系統(tǒng)建立過(guò)程中，需要較為龐大的理論體系，完備的相關(guān)理論能夠讓智能系統(tǒng)在對(duì)問(wèn)題進(jìn)行處理時(shí)，有更多參照，以便達(dá)到更為高效的處理效果。②分級(jí)控制則又被稱為“分級(jí)遞階智能控制”，這一控制系統(tǒng)的運(yùn)行工作，建立在自組織控制、自適應(yīng)控制等前提條件下，這一分級(jí)主要涉及到執(zhí)行級(jí)、協(xié)調(diào)級(jí)、組織級(jí)3個(gè)方面，各級(jí)均有自身的獨(dú)屬作用[1]。伴隨著智能制造技術(shù)的逐步發(fā)展，機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械領(lǐng)域有了更為普遍的應(yīng)用，各式各樣的機(jī)電一體化設(shè)備正在逐步對(duì)人工進(jìn)行取代，促進(jìn)機(jī)械制造行業(yè)的愈加成熟化、自動(dòng)化。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的同步發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、機(jī)械制造理論、機(jī)械制造工藝正在日漸成為一個(gè)整體，在智能控制的統(tǒng)合下共同發(fā)揮作用。智能制造系統(tǒng)的特征是，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)取代部分人力設(shè)計(jì)工作，借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論及模糊數(shù)學(xué)模型，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和生產(chǎn)流程在最大程度上進(jìn)行建模，以便盡可能使機(jī)械制造產(chǎn)品與社會(huì)需求相符應(yīng)。

專家系統(tǒng)具備的控制特點(diǎn)，在智能化的計(jì)算機(jī)程序中被充分體現(xiàn)。系統(tǒng)以數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，并結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)庫(kù)的有關(guān)信息，對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)可能存在的突發(fā)故障進(jìn)行有效控制。專家系統(tǒng)在解決方案的確定上能夠達(dá)到最佳水平，借助專家系統(tǒng)，智能化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)電的多方面控制，尤其在故障處理過(guò)程中發(fā)揮重要作用，對(duì)于確保設(shè)備處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)意義重大。而在專家系統(tǒng)的具體應(yīng)用過(guò)程中，系統(tǒng)控制會(huì)通過(guò)故障緊急程序發(fā)揮必要作用。在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，專家系統(tǒng)將以故障警告的方式，對(duì)管理人員進(jìn)行必要提醒。其對(duì)故障類型的分析處理流程，彰顯著智能化的基本特點(diǎn)。專家系統(tǒng)的有效介入，使得機(jī)電設(shè)備的故障問(wèn)題，能在顯露后迅速得到處理。當(dāng)下在我國(guó)的諸多行業(yè)，均對(duì)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行著應(yīng)用。而在機(jī)電一體化系統(tǒng)的持續(xù)推進(jìn)進(jìn)程中，機(jī)器人技術(shù)則是當(dāng)今同樣被大為應(yīng)用的智能控制技術(shù)之一。在相關(guān)技術(shù)體系內(nèi)，模糊控制是推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)一步走向成熟的關(guān)鍵。能夠執(zhí)行多樣化操作機(jī)能的機(jī)器人技術(shù)，在現(xiàn)今的工業(yè)發(fā)展過(guò)程中，已經(jīng)得到大規(guī)模普及，并逐步成為促進(jìn)機(jī)電一體化建設(shè)效率提升的有效要素。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在隨著科技體系的整體進(jìn)步，日漸發(fā)生顯著變革。

3.2 智能控制系統(tǒng)在建筑工程、煤礦作業(yè)、鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

社會(huì)城鎮(zhèn)化的發(fā)展與建筑工程建設(shè)密不可分。這一工作中應(yīng)用智能控制，能夠促進(jìn)建筑工程技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，并盡可能規(guī)避人身及生命財(cái)產(chǎn)損失風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)不安全因素的有效消除。在建筑工程施工地理環(huán)境較為特殊時(shí)，應(yīng)用智能識(shí)別技術(shù)，能夠有效識(shí)別地下未知領(lǐng)域，并可將建筑工程的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行錄入后，以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開(kāi)展模擬測(cè)算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑材料強(qiáng)度、承載力、重量的有效模擬評(píng)估，實(shí)現(xiàn)精確測(cè)算基礎(chǔ)上，對(duì)建筑現(xiàn)場(chǎng)的模擬仿真及較為精確的遙感控制，保證建筑工程質(zhì)量能夠得到合理提升。智能控制技術(shù)同樣被大規(guī)模應(yīng)用在建筑工程領(lǐng)域，其具體應(yīng)用環(huán)節(jié)主要體現(xiàn)在下述幾個(gè)方面。①對(duì)建筑室內(nèi)空調(diào)的智能控制，基于對(duì)空調(diào)在不同季節(jié)使用模式及風(fēng)閥等基本內(nèi)容，智能控制技術(shù)依照比例積分調(diào)節(jié)器進(jìn)行閉環(huán)互利，應(yīng)用類似的智能控制方式，一方面能夠有效優(yōu)化室內(nèi)空氣質(zhì)量，另一方面能夠?qū)δ芰窟M(jìn)行有效節(jié)約。②對(duì)室內(nèi)照明系統(tǒng)的智能控制，這一功能的實(shí)現(xiàn)主要將計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)展開(kāi)聯(lián)網(wǎng)，再通過(guò)對(duì)照明時(shí)間、照明邏輯展開(kāi)對(duì)照，以促進(jìn)對(duì)室內(nèi)照明的智能化控制，這些工作有助于建筑工程效果及質(zhì)量的持續(xù)提升。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷升級(jí)迭代，在機(jī)電一體化領(lǐng)域，對(duì)數(shù)控技術(shù)的要求迅速增加，要求數(shù)據(jù)技術(shù)在能夠勝任必要職能操作的基礎(chǔ)上，還能夠具備延伸、模擬、擴(kuò)展等更多功能，能夠落實(shí)智能操作、智能編程、智能監(jiān)督等一些列工作。智能控制在煤礦機(jī)電一體化系統(tǒng)中，同樣得到了大規(guī)模應(yīng)用，煤礦機(jī)械作業(yè)的情況通常較為惡劣，在大多數(shù)時(shí)間里，均是在井下開(kāi)展工作，得井下環(huán)境對(duì)煤礦中機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況，構(gòu)成著主要影響。在情況嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)受到各類沖擊及采煤震動(dòng)的影響，這需要煤礦機(jī)械能夠?qū)Νh(huán)境需求進(jìn)行適應(yīng)，以此促進(jìn)煤礦企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的提升。而智能化技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，則能夠有效降低井下作業(yè)危險(xiǎn)程度，促進(jìn)煤礦開(kāi)采工作安全性的提升。在煤礦的開(kāi)采過(guò)程中，由于井下的開(kāi)采環(huán)境較為復(fù)雜，有著多重的影響要素，而具體操作流程又多在地下完成，因此具有較高的難度系數(shù)。在對(duì)煤礦進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，需確保機(jī)電一體化系統(tǒng)具備較高的安全性和可靠性，并需在較大程度上實(shí)現(xiàn)能耗降低和環(huán)境保護(hù)。當(dāng)下在煤礦生產(chǎn)領(lǐng)域，機(jī)電一體化技術(shù)主要在微機(jī)及通信過(guò)程中得到應(yīng)用，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦作業(yè)情況的遠(yuǎn)程監(jiān)控及發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)的自動(dòng)報(bào)警。

在煉鋼技術(shù)領(lǐng)域，智能控制的機(jī)電一體化技術(shù)同樣有著大規(guī)模應(yīng)用。鋼鐵工業(yè)作為我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)的必要支撐，當(dāng)下鋼鐵工業(yè)的主機(jī)電一體化系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)處理器作為核心元件，有機(jī)集成了儀器儀表、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、控制設(shè)備等各類技術(shù)，從而促進(jìn)了機(jī)械設(shè)備工作效率的有效提升，同時(shí)也有助于設(shè)備使用壽命的大幅加強(qiáng)。當(dāng)下的技術(shù)條件下，煉鋼技術(shù)正在將微處理技術(shù)、通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合，并持續(xù)促進(jìn)鋼鐵企業(yè)的合理發(fā)展。而智能控制在監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，則是確保突發(fā)危險(xiǎn)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)有效應(yīng)對(duì)的必要方向[2]。在機(jī)械設(shè)計(jì)的制造工作中，難以避免會(huì)出現(xiàn)突發(fā)問(wèn)題，如何對(duì)突發(fā)問(wèn)題進(jìn)行有效解決，進(jìn)而將事故損失降低到最低，是機(jī)械設(shè)計(jì)工作最終的目的。而監(jiān)控系統(tǒng)的大規(guī)模推廣，能夠更為準(zhǔn)確高效地助益工作人員確定問(wèn)題發(fā)生的原因及過(guò)程，從而高效地對(duì)問(wèn)題進(jìn)行處理。在設(shè)備突然有故障發(fā)生時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能及時(shí)地了解情況并對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)停止，以避免更為嚴(yán)重后果的發(fā)生。這時(shí)為對(duì)突發(fā)問(wèn)題進(jìn)行解決，在監(jiān)控技術(shù)方面應(yīng)用智能化機(jī)電一體化技術(shù)，便可滿足對(duì)故障的實(shí)時(shí)處置需求。并可對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)能夠自動(dòng)及時(shí)地處置相應(yīng)問(wèn)題。機(jī)電一體化技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，促進(jìn)了設(shè)備工作效率的有效提高，降低了設(shè)備運(yùn)行中的故障發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，從而為機(jī)械設(shè)計(jì)制造提供了更為充分的保障機(jī)制。

3.3 智能控制系統(tǒng)在機(jī)械制造方面的應(yīng)用及創(chuàng)新發(fā)展方向

機(jī)械制造也是機(jī)電一體化的重要組成，當(dāng)今機(jī)械制造技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)及智能控制技術(shù)進(jìn)行了有效融合，借助應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，能夠促進(jìn)機(jī)械制造的進(jìn)一步高效發(fā)展。智能控制技術(shù)能夠逼真地還原人制作機(jī)械的動(dòng)態(tài)過(guò)程，并可通過(guò)傳感器融合方式，預(yù)先處理收集而來(lái)的信息，并可對(duì)有關(guān)控制模式中的必要整合，有效進(jìn)行修改，以此促進(jìn)機(jī)械制造效率的累進(jìn)式提升。智能控制技術(shù)在機(jī)械制作系統(tǒng)、機(jī)械故障診斷等方面，都能夠有效發(fā)揮監(jiān)督及控制作用，還能夠基于邏輯相符的有效信息，開(kāi)展智能化學(xué)習(xí)。智能控制機(jī)電一體化的發(fā)展，大體表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面。由于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造過(guò)程中人工成本較高，且有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)難以控制、設(shè)計(jì)資源被大量浪費(fèi)的情況發(fā)生，產(chǎn)品的基本質(zhì)量及效益同預(yù)期效果并不吻合。而伴隨信息技術(shù)的迅速發(fā)展，智能化機(jī)電一體化系統(tǒng)已經(jīng)日漸成為機(jī)械設(shè)計(jì)與發(fā)展的主流趨勢(shì)，在可見(jiàn)的未來(lái)，機(jī)械生產(chǎn)與設(shè)計(jì)工作將進(jìn)一步朝數(shù)字控制的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變，從而搭建起更為成熟的機(jī)電一體化技術(shù)體系。機(jī)電一體化技術(shù)智能化水平的進(jìn)一步提升，將大幅提高我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工作的自動(dòng)化水平，進(jìn)一步促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)效益的提升。

機(jī)電一體化技術(shù)作為科技持續(xù)發(fā)展的綜合技術(shù)，在當(dāng)下的自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，機(jī)電一體化模式被普遍應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)大致可劃分為兩個(gè)方面。

（1）對(duì)生產(chǎn)力的大幅提升，并依照智能化、自動(dòng)化技術(shù)，以技術(shù)人員提前設(shè)置的機(jī)器設(shè)備流程作為基礎(chǔ)，進(jìn)行設(shè)計(jì)制造工作。這一過(guò)程中，基本不需要人力介入，機(jī)電一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了人力、財(cái)力、物力的整體節(jié)約，促進(jìn)了生產(chǎn)時(shí)間的壓縮和生產(chǎn)效率的提升，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了更高的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）能夠?qū)Π踩鹿蔬M(jìn)行有效預(yù)防，在傳統(tǒng)工業(yè)制造生產(chǎn)過(guò)程中，需有大量工人參與，不當(dāng)操作、機(jī)器隱患等各類原因，均使得安全事故時(shí)有發(fā)生。不僅造成了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的拖延，還加劇了人力成本的投入。借助智能化技術(shù)及機(jī)電一體化技術(shù)，生產(chǎn)過(guò)程能夠大體實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作，生產(chǎn)實(shí)踐遠(yuǎn)離了危險(xiǎn)的生產(chǎn)環(huán)境，而是更多轉(zhuǎn)移到了更為安全的后方。這樣的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了安全性能的提升，也促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)效益的有效提升。

智能化機(jī)電一體化技術(shù)的創(chuàng)新，首先體現(xiàn)在對(duì)產(chǎn)品原材料的創(chuàng)新應(yīng)用上。在對(duì)材料進(jìn)行選擇及應(yīng)用時(shí)，將會(huì)對(duì)環(huán)保、性價(jià)比特性更為注重。這要求實(shí)踐過(guò)程中依照產(chǎn)品特征，優(yōu)先對(duì)性價(jià)比高、環(huán)保、輕便的材料予以選用，從而促進(jìn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的高質(zhì)量發(fā)展。例如具備創(chuàng)新型的智能、高分子、納米等相應(yīng)材料，因?yàn)榫邆漭p便、耐磨、耐用等特性，同時(shí)與綠色環(huán)保需求相符合，又具備可回收性特征，因此可良好應(yīng)用在機(jī)電一體化系統(tǒng)中。其次是在產(chǎn)品功能及產(chǎn)品造型的創(chuàng)新，機(jī)電一體化應(yīng)當(dāng)對(duì)產(chǎn)品造型美觀性予以持續(xù)優(yōu)化，以便實(shí)時(shí)與大眾審美相匹配。智能化技術(shù)在這一方向上發(fā)揮著中心作用，并需確保審美、造型同預(yù)定功能相互結(jié)合，在這基礎(chǔ)上，盡可能做到功能的多樣性及全面性。而在產(chǎn)品控制領(lǐng)域的創(chuàng)新上，由于機(jī)電一體化產(chǎn)品通?；诠庾?、電子等現(xiàn)代技術(shù)，并持續(xù)推動(dòng)產(chǎn)品控制的高效自動(dòng)、安全便捷發(fā)展，智能控制應(yīng)當(dāng)致力于對(duì)傳統(tǒng)設(shè)備操作冗雜的問(wèn)題進(jìn)行整合，以達(dá)到有效節(jié)約人力、規(guī)避人工操作帶來(lái)的危險(xiǎn)的目的，促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提升。

4 結(jié)語(yǔ)

智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化系統(tǒng)的整體優(yōu)化，能夠有效促進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)體系的更為合理應(yīng)用。可在監(jiān)控、鋼鐵生產(chǎn)、煤礦開(kāi)采、建筑工程、機(jī)器人等領(lǐng)域發(fā)揮綜合作用，能顯著提升機(jī)電一體化工作的運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)

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