桑小明

身份證號(hào)碼：130623198501285415

智能控制及其在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

桑小明

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本文探討了智能控制與機(jī)電一體化發(fā)展的關(guān)系，并重點(diǎn)闡述了智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用。

智能控制；系統(tǒng)；應(yīng)用；

一、機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的概述

智能控制是在傳統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，傳統(tǒng)控制僅是智能控制的一部分，屬于智能控制的最低級(jí)階段。智能控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)是開放的、分布式的，對(duì)綜合信息的處理能力比較強(qiáng)。智能系統(tǒng)不僅追求機(jī)電一體化的高度自治，更注重全局性的優(yōu)化。智能控制是一個(gè)多學(xué)科相互交叉的學(xué)科，其理論基礎(chǔ)是自動(dòng)控制理論、人工智能、信息論及運(yùn)籌學(xué)的交叉。智能控制的任務(wù)及主要對(duì)象具有不確定性、高度復(fù)雜及非線性的要求，而傳統(tǒng)控制形式的方法，一般僅能用于單一的任務(wù)對(duì)象，通常要求有精確的數(shù)學(xué)模型。

二、智能控制與機(jī)電一體化的關(guān)系

智能控制是21世紀(jì)機(jī)電一體化發(fā)展的必然趨勢(shì)。機(jī)電一體化技術(shù)在國(guó)外的起步時(shí)間相對(duì)較早，發(fā)展相對(duì)成熟，早在20世紀(jì)90年代，發(fā)達(dá)和較發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)電一體化技術(shù)就開始逐漸步入智能控制的階段。一方面，通信技術(shù)、光學(xué)等加入到機(jī)電一體化行列中，微細(xì)加工技術(shù)也逐步在機(jī)電一體化中得以有效應(yīng)用，出現(xiàn)了微機(jī)電一體化及光電一體化等新的分支結(jié)構(gòu)；另一方面，有關(guān)機(jī)電一體化系統(tǒng)建模的分析、設(shè)計(jì)以及集成方法，機(jī)電一體化學(xué)科體系及發(fā)展趨勢(shì)等都開展了深刻的研究。同時(shí)，因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能控制和光纖技術(shù)等多領(lǐng)域都有了較大進(jìn)步，這為機(jī)電一體化的技術(shù)發(fā)展提供了廣闊空間，也為產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。

三、智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.智能控制在機(jī)床中的應(yīng)用

(1)智能控制應(yīng)用于機(jī)電一體化系統(tǒng)中時(shí)，其最主要的表現(xiàn)形式便是在數(shù)控機(jī)床中的智能化應(yīng)用。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)機(jī)床設(shè)備中，由于不具備先進(jìn)、科學(xué)的智能化理念，所以使得所加工的產(chǎn)品不夠精細(xì)與完美。而將智能控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)床加工中時(shí)，該技術(shù)通過(guò)CPU控制系統(tǒng)、RISC芯片等先進(jìn)、智能的控制系統(tǒng)，可大幅度地提高機(jī)床的精度。智能控制機(jī)床的應(yīng)用，可以對(duì)制造過(guò)程做出準(zhǔn)確、果斷的決定，其智能化系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的整個(gè)制造過(guò)程均是十分了解，并可利用監(jiān)控、診斷以及修正措施，來(lái)規(guī)避機(jī)床生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)的各種偏差。除此之外，將智能控制應(yīng)用在機(jī)床中時(shí)，該智能化系統(tǒng)還能夠精準(zhǔn)地計(jì)算出機(jī)床所使用的切削刀具、軸承、主軸、導(dǎo)軌等部件的磨損程度及剩余壽命，從而讓人們?cè)谑褂脵C(jī)床時(shí)更加清楚該機(jī)床剩余的使用時(shí)間以及替換時(shí)間。

(2)機(jī)床的智能化主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，智能安全屏障。機(jī)床的智能安全屏障是指通過(guò)智能化的設(shè)計(jì)，以防止機(jī)床各部件在作業(yè)過(guò)程出現(xiàn)碰撞智能熱屏障。智能熱屏障主要是指熱位移控制，因?yàn)闄C(jī)床各部件的運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作下所產(chǎn)生的熱量以及室內(nèi)溫度的變化，會(huì)使機(jī)床生產(chǎn)發(fā)生定位誤差，而此種智能熱屏障就是針對(duì)定位誤差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，使誤差值降低到最小。第二，主動(dòng)振動(dòng)控制。通過(guò)智能化主動(dòng)振動(dòng)控制，可將機(jī)床作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)降至最小，由于進(jìn)行切削等加工時(shí)，振動(dòng)過(guò)大會(huì)影響加工的精度，而有效控制振動(dòng)頻率有幅度后，對(duì)機(jī)床加工精度與效率也有著十分積極的意義。第三，語(yǔ)音信息系統(tǒng)。語(yǔ)音信息系統(tǒng)又被稱作馬扎克語(yǔ)音提示，當(dāng)操作人員對(duì)機(jī)床進(jìn)行手動(dòng)操作或調(diào)整時(shí)，其智能系統(tǒng)中的語(yǔ)音信息提示，可動(dòng)態(tài)地提示操作人員操作的流程及正確性，從而避免失誤的產(chǎn)生。

2.智能控制在交流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用。交流伺服系統(tǒng)作為機(jī)電一體化系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，將智能控制技術(shù)應(yīng)用于其中實(shí)屬必然。交流伺服系統(tǒng)主要是指一種轉(zhuǎn)換裝置，其是通過(guò)對(duì)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換來(lái)進(jìn)行機(jī)械操作的一種系統(tǒng)。但是，從實(shí)際的應(yīng)用情況來(lái)看，由于交流伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得其也存在參數(shù)時(shí)變、負(fù)載擾動(dòng)、強(qiáng)耦合等諸多的不確定因素，導(dǎo)致建立精確的數(shù)學(xué)模型十分困難，只能建立起與實(shí)際相似的模型，但所建立的這種模型有時(shí)卻難以達(dá)到系統(tǒng)高性能的要求。在這種情況下，將智能控制技術(shù)應(yīng)用進(jìn)去時(shí)，使交流伺服系統(tǒng)無(wú)需再建立精確的數(shù)學(xué)模型，也不再需要精準(zhǔn)的控制器參數(shù)，便可實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地掌握交流伺服系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)指標(biāo)，進(jìn)而保證交流伺服系統(tǒng)的高性能指標(biāo)，滿足相關(guān)廠家的要求。

3.智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用

將智能控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域中時(shí)，其主要智能控制體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：第一，行走方面的智能控制。采用智能化技術(shù)，對(duì)機(jī)器人的行走路徑以及行走軌跡跟蹤等方面進(jìn)行智能控制，從而實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地了解機(jī)器人的行走情況，并給機(jī)器人下達(dá)行走的命令。第二，多傳感器及視覺(jué)處理方面的智能控制。對(duì)機(jī)器人的多傳感器信息融合方面，視覺(jué)處理方面進(jìn)行智能化控制，使機(jī)器人能夠利用多傳感器等，準(zhǔn)確、迅速地接收所傳達(dá)過(guò)來(lái)的信息與命令。第三，動(dòng)作姿態(tài)方面的智能控制。采用智能控制技術(shù)，對(duì)機(jī)器人的手臂姿態(tài)以及動(dòng)作進(jìn)行控制，使其動(dòng)作姿態(tài)協(xié)調(diào)、有規(guī)律。第四，運(yùn)動(dòng)環(huán)境方面的智能控制。還可利用智能控制技術(shù)中的專家控制系統(tǒng)和模糊控制系統(tǒng)，對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)環(huán)境進(jìn)行定位、監(jiān)測(cè)、建模以及規(guī)劃控制等。

4.智能控制在設(shè)備裝置中的應(yīng)用。

(1)家庭家居中的智能設(shè)備裝置。家庭家居中的智能設(shè)備裝置主要包括有家居控制器、總線連接器與智能家電。通過(guò)家庭家居設(shè)備裝置中的智能元件，再經(jīng)由藍(lán)牙信號(hào)接收、傳輸接口等媒介，主動(dòng)將自身狀態(tài)息信傳送給相應(yīng)的控制器，同時(shí)在控制器發(fā)出指令之后，自動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作。(2)企業(yè)中的智能設(shè)備裝置。隨著我國(guó)大中小型企業(yè)的不斷發(fā)展，企業(yè)在運(yùn)營(yíng)中所使用的設(shè)備裝置朝著智能控制的方向發(fā)展也就成了必然的趨勢(shì)。例如在企業(yè)的數(shù)據(jù)管理方面，可根據(jù)企業(yè)的實(shí)際的運(yùn)行情況，配備智能化與自動(dòng)化元件、硬件及軟件設(shè)施，構(gòu)建出商務(wù)智能系統(tǒng)，進(jìn)而利用聯(lián)機(jī)分析處理技術(shù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)以及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，大幅地提高企業(yè)數(shù)據(jù)管理的效率，減少人力、財(cái)務(wù)、物力的大量耗費(fèi)。

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