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(jì)英國技術(shù)革命時(shí)期提出的，在改良的蒸汽機(jī)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(yīng)用在蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制中，為機(jī)械行業(yè)的發(fā)展做出了新的貢獻(xiàn)。在后來的發(fā)展中也出現(xiàn)了更加先進(jìn)的控制分析系統(tǒng)。隨著信息化進(jìn)程的推進(jìn)，控制技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了在機(jī)械電子工程領(lǐng)域中更加廣泛的應(yīng)用，這也推動(dòng)著機(jī)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(jì)算機(jī)、信息技術(shù)等多個(gè)理論，具有整體性、實(shí)用性、多樣性等特點(diǎn)。智能控制工程通過將計(jì)算機(jī)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(jìn)行智能化的模擬和全方位的控制，進(jìn)而通過機(jī)器人模仿人工操作的方式完成整個(gè)工作流程。目前，各種各樣的科學(xué)技術(shù)層出不窮，被應(yīng)用到機(jī)械電子工程中，不斷提升整體的運(yùn)行效率。機(jī)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(qiáng)度，同時(shí)提高機(jī)械電子設(shè)備的運(yùn)行效率，使整個(gè)行業(yè)朝著更加智能化的方向前進(jìn)。在以往的運(yùn)行模式下，工作人員往往要承擔(dān)非常多的工作量，在工作中出現(xiàn)一點(diǎn)誤差就會(huì)發(fā)生安全事故，造成十分不利的影響。而機(jī)械電子工程可以避免這種情況，采用各種機(jī)械設(shè)備推動(dòng)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(shí)現(xiàn)對各個(gè)環(huán)節(jié)的有效把控。

二、智能控制工程和機(jī)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(shí)際使用的角度來看，它就是通過設(shè)計(jì)一個(gè)控制操作機(jī)來滿足一些性能指標(biāo)的使用。當(dāng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型存在不確定性的時(shí)候，整個(gè)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(zhǔn)確性、隨著時(shí)間的變化系統(tǒng)參數(shù)和特性的變化等[1]。在實(shí)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(jī)械電子工程中使用該裝置需要注意以下幾點(diǎn)：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(jìn)行研究，并在這基礎(chǔ)上對其內(nèi)部的各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，確保整個(gè)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(jìn)行研究，以確保進(jìn)行定位并控制目標(biāo)的運(yùn)行軌跡，使整個(gè)電子機(jī)械工程能夠順利運(yùn)行。

目前，魯棒控制逐漸被應(yīng)用于機(jī)械電子工程中，如汽輪發(fā)電機(jī)魯棒控制，其最終目的是要設(shè)計(jì)一個(gè)反饋控制器，從而保證系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)行點(diǎn)同時(shí)段的穩(wěn)定運(yùn)行。在飛行器方面，魯棒控制也取得了較好的應(yīng)用。飛行器的飛行控制姿態(tài)問題屬于多個(gè)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(dòng)力下的飛行器的動(dòng)力學(xué)方程。按照相應(yīng)的原理采用兩環(huán)結(jié)構(gòu)的控制方案，分別對應(yīng)兩種系統(tǒng)：慢變和快變。對于快環(huán)來說，它的帶寬應(yīng)該是慢環(huán)的3到5倍，這是將慣性和氣動(dòng)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(yīng)用于形成體軸指令角速度。在對操作軌跡進(jìn)行模擬的時(shí)候，往往采用補(bǔ)償控制算法進(jìn)行計(jì)算，以此來保證滑膜變結(jié)構(gòu)和H ∞。通過計(jì)算可知，選擇恰當(dāng)?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(gè)快環(huán)的控制率設(shè)計(jì)，慢環(huán)設(shè)計(jì)也一樣。在上述實(shí)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(shí)用的方法。

（二）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

在這一技術(shù)的應(yīng)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(jìn)行全方位的控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)主要是為了解決復(fù)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(gè)子神經(jīng)元的電子設(shè)備反饋整理處理的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)指令的傳達(dá)。在機(jī)械電子工程的實(shí)際應(yīng)用中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)，對設(shè)備運(yùn)行的整體流程進(jìn)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(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對于確定性系統(tǒng)和環(huán)境來說，首先要設(shè)計(jì)控制器，校正對象的特性，確?？刂葡到y(tǒng)達(dá)到要求的指標(biāo)。對于不確定性系統(tǒng)和環(huán)境，要將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)做辨識器，在線識別對象模型，由于網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力辨識器的參數(shù)可以隨著對象、環(huán)境的變化而進(jìn)行相應(yīng)的改變。由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)做控制器，其性能隨著對象、環(huán)境的變化而自動(dòng)適應(yīng)改變。以往工作人員在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)的時(shí)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(luò)控制技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械電子工程中，就能夠減少甚至避免數(shù)控機(jī)床切割工作中出現(xiàn)的不精確性的情況，可提升機(jī)械電子工程的生產(chǎn)安全性。

（三）模糊控制工程

機(jī)械電子工程的加工流程比較多，步驟也比較復(fù)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(gè)系統(tǒng)的、清晰的模型，模糊控制工程則不需要對機(jī)械工程進(jìn)行精準(zhǔn)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(dòng)化控制效果，因此得到了廣泛應(yīng)用。目前，模糊控制已經(jīng)被應(yīng)用于機(jī)器人控制、車輛自動(dòng)駕駛等方面，大大提升了工作效率。

（四）集成自動(dòng)控制

集成自動(dòng)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(diǎn)，能對各種電子設(shè)備進(jìn)行集成化的管理，從而提高機(jī)械電子設(shè)備的整體運(yùn)行效率[4]。

（五）預(yù)測控制技術(shù)

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

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