陳磊

[摘要]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于機(jī)電設(shè)備的要求不斷提高，因此，以機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)為一體的機(jī)電一體化系統(tǒng)得到快速地發(fā)展。近幾年來(lái)，機(jī)電一體化系統(tǒng)創(chuàng)新地將智能控制技術(shù)運(yùn)用到實(shí)踐應(yīng)用中，針對(duì)環(huán)境、目標(biāo)以及任務(wù)等被控制對(duì)象，進(jìn)行智能化的調(diào)控，并在不斷研究與實(shí)踐中取得了較好的成效。本文主要針對(duì)智能控制技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用策略進(jìn)行探討。

[關(guān)鍵詞]智能控制機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸趨于成熟化，人們應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)解決越來(lái)越多的問題，尤其是在技術(shù)人員將智能控制技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)有機(jī)地融合到一起后，機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能越來(lái)越強(qiáng)，它可以針對(duì)不同的因素進(jìn)行智能的、多層次的、非線性的、可變的調(diào)控，使機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域愈加寬廣，應(yīng)用效果也在不斷提高。一、簡(jiǎn)述智能控制技術(shù)與系統(tǒng)

智能控制技術(shù)主要是將人工智能理論、自動(dòng)控制理論、信息理論等有關(guān)優(yōu)化調(diào)控方式的理論知識(shí)綜合起來(lái)，形成有別于傳統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)上的新型控制技術(shù)。這種智能控制技術(shù)是將復(fù)雜的、非線性的任務(wù)作為控制對(duì)象，運(yùn)用開放式、分布式的結(jié)構(gòu)解決控制問題，因此，智能控制是較為先進(jìn)的控制方法。

智能控制系統(tǒng)是多項(xiàng)控制技術(shù)的集合，它主要分為兩部分：外部環(huán)境與控制器。外部環(huán)境部分主要發(fā)揮傳感器與執(zhí)行器對(duì)影響控制效果的外界環(huán)境因素進(jìn)行感應(yīng)與判斷，然后將外界信息傳遞給智能控制器。智能控制器一方面對(duì)外部環(huán)境感知的信息進(jìn)行分析、處理、評(píng)價(jià)、規(guī)劃與控制決策，另一方面將感知的信息儲(chǔ)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，已備以后認(rèn)知學(xué)習(xí)之用。二、智能控制技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

(一)智能控制技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用類型

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用智能控制技術(shù)，是將不同的控制系統(tǒng)聯(lián)合起來(lái)，形成混合集成型的控制系統(tǒng)，通常這個(gè)系統(tǒng)是由以下幾部分組成的。學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)：它主要負(fù)責(zé)利用信號(hào)輸入等形式對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)知、分析，從而保證系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)控；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)：這是應(yīng)用最多的系統(tǒng)之一，它主要利用復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)狀的輸入、輸出層，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的智能控制；分級(jí)控制系統(tǒng)：它主要利用自身的自適應(yīng)與自組織能力進(jìn)行協(xié)調(diào)、控制工作，這種控制系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化控制流程，提高控制效率；專家控制系統(tǒng)：它主要是通過(guò)將技術(shù)人員的指令編入計(jì)算機(jī)中，使系統(tǒng)按照計(jì)算機(jī)編程進(jìn)行控制工作，可以提高解決實(shí)際問題的能力與效率。

(二)智能控制技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

智能控制技術(shù)是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)研究的主流方向，也是未來(lái)科技發(fā)展的流行趨勢(shì)，因此，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中應(yīng)用智能控制技術(shù)是有一定優(yōu)勢(shì)的。首先，智能控制技術(shù)根據(jù)外部環(huán)境變化，針對(duì)系統(tǒng)工作內(nèi)容進(jìn)行智能化的調(diào)控，可以有效提高機(jī)電一體化系統(tǒng)工作的精度與效能；其次，智能控制技術(shù)可以使機(jī)電一體化系統(tǒng)按照工作人員輸入的指令編碼進(jìn)行工作，這樣可以有效地優(yōu)化系統(tǒng)加工流程，縮短加工時(shí)間，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)加工工作的改革；最后，智能控制技術(shù)還可以有效地對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)中的部分結(jié)構(gòu)與程序進(jìn)行智能化控制與調(diào)試，以保證系統(tǒng)工作程序的安全性與可靠性，進(jìn)而提高系統(tǒng)的工作效率。

(三)智能控制技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

當(dāng)前，智能控制技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為改革機(jī)電一體化系統(tǒng)的一個(gè)方向，以此，相關(guān)技術(shù)人員積極從不同方面、不同角度、不同層次進(jìn)行智能化控制的研究，以期可以更好地應(yīng)用于機(jī)電一體化系統(tǒng)中，提高機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用效率，促進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)向著現(xiàn)代化、智能化、信息化方向發(fā)展。

機(jī)電一體化系統(tǒng)中最重要的組成部分即是數(shù)控機(jī)床，所以在數(shù)控機(jī)床方面應(yīng)用智能控制技術(shù)，充分發(fā)揮智能控制技術(shù)的高效率、高精度、高性能的優(yōu)勢(shì)，使數(shù)控機(jī)床在遇到加工程序問題時(shí)，系統(tǒng)可以按照預(yù)先設(shè)定的控制程序進(jìn)行調(diào)控，并能夠繼續(xù)按照加工運(yùn)行指令進(jìn)行工作。這種智能化調(diào)控可以有效控制加工信息模糊的狀況，以有效加工過(guò)程。

要想提高機(jī)械制造的效率，就必須創(chuàng)新機(jī)械制造技術(shù)、開發(fā)新型的制造控制模式。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員將智能控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械制造機(jī)電一體化系統(tǒng)中，利用計(jì)算機(jī)為載體，使用專家控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)、認(rèn)知功能，充分地對(duì)機(jī)械制造信息進(jìn)行學(xué)習(xí)與認(rèn)知，然后進(jìn)行信息的識(shí)別與處理，提高對(duì)殘缺信息的處理利用效率，進(jìn)而提高機(jī)械制造機(jī)電一體化系統(tǒng)的工作效率。

三、智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用

在控制參數(shù)方面，機(jī)器人要求控制參數(shù)是多變的；在動(dòng)力學(xué)方面，機(jī)器人具有時(shí)變性、非線性和強(qiáng)耦合的要求；在傳感器信息方面，機(jī)器人具有多信息要求；在控制任務(wù)方面，機(jī)器人具有多任務(wù)的要求。分析機(jī)器人和智能控制的特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，智能控制非常適合應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域。

如今，在機(jī)器人領(lǐng)域的很多方面都應(yīng)用了智能控制技術(shù)。例如，利用智能控制技術(shù)可以有效控制機(jī)器人手臂的動(dòng)作、姿態(tài)；利用多傳感器信息融合技術(shù)、信息處理技術(shù)和控制技術(shù)對(duì)機(jī)器人的行走路徑、停留位置和躲避障礙物等動(dòng)作進(jìn)行控制。

隨著智能控制方法的不斷發(fā)展，它們的實(shí)用性、可靠性和優(yōu)越性已經(jīng)在很多應(yīng)用系統(tǒng)中得到證明。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制具有很強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)功能，通過(guò)利用神經(jīng)元之間的聯(lián)結(jié)和權(quán)值的分布表示特定的信息，并對(duì)各傳感器接受到的信息進(jìn)行處理，最后以直接自校正控制等方式對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制；模糊控制具有很強(qiáng)的魯棒性，建立在模糊集合、模糊推理和模糊語(yǔ)言變量的基礎(chǔ)之上。模糊控制廣泛應(yīng)用于機(jī)器人的建模、控制等很多方面。模糊控制首先對(duì)被控對(duì)進(jìn)行建模，在同時(shí)考慮控制規(guī)則和模糊變量的隸屬度函數(shù)的基礎(chǔ)上，利用模糊控制器，對(duì)機(jī)器人機(jī)械控制；在設(shè)計(jì)與規(guī)劃?rùn)C(jī)器人路徑的時(shí)候主要用到免疫算法，再結(jié)合遺傳算法和進(jìn)化算法，可以對(duì)控制程序和控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

3.2智能控制在數(shù)控領(lǐng)域的應(yīng)用

智能化是當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)加工質(zhì)量提出了更高的要求，尤其是在數(shù)控領(lǐng)域應(yīng)用智能控制成為人們?cè)絹?lái)越迫切的要求，如對(duì)制造網(wǎng)絡(luò)通行能力、加工運(yùn)動(dòng)的模擬、推理和決策能力、智能編程、智能監(jiān)控、自尋優(yōu)等功能的要求。數(shù)控系統(tǒng)中的某些模塊通過(guò)數(shù)學(xué)建模及傳統(tǒng)的控制方法可以實(shí)現(xiàn)，但是數(shù)控系統(tǒng)中的很多環(huán)節(jié)因?yàn)槿狈?zhǔn)確的信息，無(wú)法通過(guò)數(shù)學(xué)建模和傳統(tǒng)的控制方法實(shí)現(xiàn)，這時(shí)就需要通過(guò)智能控制方法和理論實(shí)現(xiàn)。利用模糊推理對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行故障診斷，利用模糊控制優(yōu)化加工過(guò)程，利用模糊集合理論對(duì)某些控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)計(jì)算、故障診斷；利用專家系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某些難以確定算法或結(jié)構(gòu)不明確的情況進(jìn)行推理計(jì)算。另外，利用專家系統(tǒng)對(duì)多個(gè)數(shù)控機(jī)床維修專家的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合，并收集現(xiàn)場(chǎng)故障信息，再根據(jù)合理的推理規(guī)則，結(jié)合故障情況提出相應(yīng)的維修意見。

3.3智能控制在交流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

伺服系統(tǒng)是機(jī)電一體化典型產(chǎn)品的重要組成部分，它屬于一種轉(zhuǎn)換裝置，通過(guò)轉(zhuǎn)換電信號(hào)以實(shí)現(xiàn)機(jī)械操作。交流伺服系統(tǒng)非常復(fù)雜，由于存在強(qiáng)耦合、負(fù)載擾動(dòng)、參數(shù)時(shí)變等諸多不確定因素，所以不可能建立起精確的數(shù)學(xué)模型，只能建立起與實(shí)際情況相近的模型，該模型難以滿足某些廠家對(duì)系統(tǒng)高性能指標(biāo)的要求。如果能引入智能控制系統(tǒng)，交流伺服系統(tǒng)將不再需要精確的控制器參數(shù)和數(shù)學(xué)模型就能使系統(tǒng)具有較高的性能指標(biāo)。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，智能化的機(jī)電一體化系統(tǒng)將改變傳統(tǒng)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的工作模式，使工業(yè)生產(chǎn)與人們生活活動(dòng)向著現(xiàn)代化、智能化、信息化發(fā)展。隨著技術(shù)人員對(duì)智能控制技術(shù)研究力度的不斷加大，其在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用效果也在不斷提高，充分發(fā)揮智能控制技術(shù)高效率、高水平、高性能的調(diào)控優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)機(jī)電一體化系統(tǒng)的不斷更新與發(fā)展。

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