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        智能控制工程在機(jī)械電子工程中的運(yùn)用

        2021-12-28 13:07:01王佳男黃詩瑤
        科技尚品 2021年11期
        關(guān)鍵詞:機(jī)械電子工程

        王佳男 黃詩瑤

        摘 要:為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,提高生產(chǎn)力水平,智能控制工程在機(jī)械電子工程中得到了廣泛應(yīng)用,并發(fā)揮了非常突出的作用。因此,文章探究智能控制工程在機(jī)械電子工程中的運(yùn)用,提出了應(yīng)用集成自動(dòng)控制技術(shù)、模糊控制工程、魯棒性、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、預(yù)測控制高速液壓機(jī)的有效措施,可為相關(guān)人員提供參考。

        關(guān)鍵詞:智能控制工程;機(jī)械電子;工程

        中圖分類號(hào):TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-1064(2021)11-0-03

        DOI:10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.018

        隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展的推進(jìn),各行各業(yè)對(duì)于機(jī)械電子產(chǎn)品的應(yīng)用越來越多,人們對(duì)于機(jī)械電子產(chǎn)品自動(dòng)化、智能化功能的實(shí)現(xiàn)也提出了更高的要求。機(jī)械電子工程行業(yè)有效融入智能控制技術(shù),可以使產(chǎn)品具有更強(qiáng)的實(shí)用性,操作性得到相應(yīng)提高,進(jìn)一步滿足行業(yè)發(fā)展需求。

        1 機(jī)械電子工程以及智能控制工程分析

        1.1 機(jī)械電子工程

        機(jī)械電子工程,具體來說,是基于機(jī)械工程實(shí)現(xiàn)發(fā)展的一種現(xiàn)代化工程。發(fā)展初期,機(jī)械工程的控制通過人工完成,生產(chǎn)能力并不高。但是,隨著機(jī)械工程中對(duì)于電子技術(shù)的應(yīng)用越來越多,生產(chǎn)效率得到極大提高。與之前的機(jī)械工程相比,目前的機(jī)械電子工程具有很多優(yōu)勢(shì),有助于提高產(chǎn)品性能。此外,電子機(jī)械工程內(nèi)部,利用信息交流功能,保障了機(jī)械電子工程的優(yōu)化和發(fā)展[1]。

        1.2 智能控制工程

        智能控制工程的基礎(chǔ)理論是控制論,將其逐步演化之后,成為了當(dāng)前的控制工程。該項(xiàng)工程內(nèi)容的應(yīng)用,融合了計(jì)算機(jī)以及信息技術(shù)等現(xiàn)代化理論,有助于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的目標(biāo),提高系統(tǒng)的可操作性。通過對(duì)工程的智能控制,結(jié)合多種技術(shù),可以充分保障其實(shí)用性及穩(wěn)定性。目前,各個(gè)領(lǐng)域中使用的智能控制技術(shù)便應(yīng)用了現(xiàn)代化技術(shù)與設(shè)備,將其與智能控制工程充分結(jié)合,滲透在工程及系統(tǒng)中,可完成協(xié)調(diào)控制的目標(biāo),滿足行業(yè)的發(fā)展需求。

        2 機(jī)械電子工程中應(yīng)用智能控制工程的優(yōu)勢(shì)

        在機(jī)械電子工程中,使用智能化技術(shù),能夠?qū)⒅胺爆嵉牟僮髁鞒毯喕?guī)避人為操作產(chǎn)生的問題,進(jìn)而使電子工程運(yùn)行有更高的效率以及質(zhì)量,保證了機(jī)械電子工程的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。此外,整體控制能力也有所提高,強(qiáng)化了機(jī)械電子工程的各項(xiàng)環(huán)節(jié)[2]。

        2.1 規(guī)避人為因素造成的不當(dāng)操作

        智能化技術(shù)有非常高的靈活性,在機(jī)械電子工程施工中應(yīng)用智能化控制技術(shù),能夠進(jìn)一步發(fā)揮其靈活性優(yōu)勢(shì),改善之前電子工程設(shè)計(jì)施工中存在的不足。機(jī)械電子工程的設(shè)計(jì)及應(yīng)用會(huì)因?yàn)橐恍┲饔^因素產(chǎn)生不良影響,所以,通過智能化控制技術(shù)能夠全方位監(jiān)督系統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工,避免由于人為因素產(chǎn)生不必要的風(fēng)險(xiǎn)和問題,對(duì)問題給出相應(yīng)的判斷和反應(yīng),使問題的解決更具針對(duì)性,也能確保機(jī)械電子系統(tǒng)正常且穩(wěn)定運(yùn)行。此外,應(yīng)用智能化技術(shù)還能協(xié)調(diào)每個(gè)系統(tǒng)及設(shè)備,調(diào)整和優(yōu)化可控指標(biāo),提高電氣設(shè)施施工質(zhì)量,提高系統(tǒng)運(yùn)行水平。

        2.2 保障數(shù)據(jù)的一致性

        技術(shù)材料、環(huán)境、施工條件、工作人員等因素都會(huì)對(duì)機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)施工質(zhì)量產(chǎn)生影響,一旦設(shè)計(jì)方案有問題,且無法及時(shí)得到解決,會(huì)使施工過程發(fā)生很多變化,使數(shù)據(jù)分析結(jié)果存在偏差,對(duì)數(shù)據(jù)的完整獲取產(chǎn)生不利影響。通過智能化控制技術(shù),可以全方位收集數(shù)據(jù)信息,以免數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤和遺漏。此外,可以提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性,使其效率更高,結(jié)合不同技術(shù)形式,采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法,能使機(jī)械電子設(shè)計(jì)有更強(qiáng)的科學(xué)性、有效性,完善最終的質(zhì)量和效果[3]。

        2.3 強(qiáng)化整體控制能力

        智能化控制技術(shù)與機(jī)械電子工程充分結(jié)合后,能夠及時(shí)反饋系統(tǒng)和設(shè)備的數(shù)據(jù)。智能化控制器可以保障生產(chǎn)的正常進(jìn)行,并發(fā)揮自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)作用,第一時(shí)間解決隱患,獲取正確的反饋信息。此外,還可以遠(yuǎn)程控制生產(chǎn)設(shè)備,增強(qiáng)企業(yè)整體運(yùn)行控制能力。

        2.4 強(qiáng)化機(jī)械電子工程模塊,簡化自動(dòng)化模型控制

        機(jī)械電子工程的突出性質(zhì)便是模塊化,在之前的機(jī)械電子工程中,對(duì)于模塊的使用還有很多不完善之處,且模型控制非常復(fù)雜。目前,通過智能化控制技術(shù)系統(tǒng)整理數(shù)據(jù),加以分析之后,能夠提高系統(tǒng)的控制效果,使生產(chǎn)運(yùn)行的效率更高,進(jìn)一步保障質(zhì)量,增強(qiáng)參數(shù)運(yùn)行的精準(zhǔn)性,預(yù)防設(shè)備和工藝的運(yùn)行故障。此外,可以簡化機(jī)械電子工程系統(tǒng)模塊控制,從本質(zhì)上減少模型控制,進(jìn)一步強(qiáng)化工作的整體效益。

        3 智能控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用問題

        我國機(jī)械電子工程已經(jīng)經(jīng)過了幾十年努力和發(fā)展,智能控制技術(shù)研究也逐漸成熟。在機(jī)械電子工程中,智能控制應(yīng)用也有一段時(shí)間,積累了一些技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。但是,隨著經(jīng)濟(jì)一體化發(fā)展,智能控制在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用局限性逐漸凸顯。我國具有較大的潛在市場和豐富的勞動(dòng)力資源,以至于機(jī)械電子工程建設(shè)速度較慢,智能控制工程已經(jīng)成為了國外先進(jìn)成熟技術(shù),而在國內(nèi)還屬于新興技術(shù)。因此,在機(jī)械電子工程中智能控制工程還存在一些不足,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

        第一,企業(yè)應(yīng)變能力相對(duì)較差。如今,市場瞬息萬變,需求存在多樣化特點(diǎn)。機(jī)械電子工程若想在市場中占據(jù)有利地位,需要有先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)作為支撐。在該時(shí)代背景下,企業(yè)盡管響應(yīng)國家號(hào)召,積極利用智能控制工程,但是由于部分企業(yè)應(yīng)變能力相對(duì)較差,根據(jù)訂單裝配MT0,根據(jù)定點(diǎn)制造MT0,根據(jù)訂單設(shè)計(jì)MTD,大規(guī)模定制MC,忽略了智能控制技術(shù)的根本,以至于難以充分發(fā)揮出智能控制工程價(jià)值。該問題是機(jī)械電子工程中智能控制工程應(yīng)用的最大一點(diǎn)問題。機(jī)械電子工程涉及行業(yè)較多,生產(chǎn)、采購較為復(fù)雜,可以靈活利用智能控制工程,優(yōu)化企業(yè)應(yīng)變能力,能夠提高機(jī)械電子工程工作質(zhì)量和效率。

        第二,成本計(jì)算不夠準(zhǔn)確,成本控制相對(duì)較差。人工成本核算,通常只能計(jì)算產(chǎn)品成本,沒有辦法計(jì)算零部件成本。在機(jī)械電子工程中,成本費(fèi)用分?jǐn)傒^為粗糙,沒有精密、細(xì)致預(yù)算和估算。在利用智能控制工程后,可以利用電腦計(jì)算歸集大量成本數(shù)據(jù)采集,但是部分企業(yè)在使用時(shí)存在操作不當(dāng)情況,以至于計(jì)算機(jī)估算和預(yù)算數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)去,這不僅會(huì)影響到智能控制工程的發(fā)展、阻礙機(jī)械制造工藝進(jìn)展,還會(huì)影響到成本計(jì)算準(zhǔn)確性,無法有效協(xié)助控制成本。該種利用智能控制工程還無法提高成本計(jì)算準(zhǔn)確性的問題,阻礙了智能控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用。

        第三,信息較為分散、不準(zhǔn)確、不及時(shí)、不共享。在機(jī)械電子工程中,涉及諸多內(nèi)容,這些內(nèi)容之間涉及到大量信息交換。利用傳統(tǒng)機(jī)械工程模式,是利用人工管理信息,該種管理模式速度相對(duì)較慢,若可以利用智能控制工程,輔助管理信息,可以有效提高速度。但是,根據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示,現(xiàn)階段機(jī)械電子工程中,雖然利用智能控制工程,但是管理較為分散,缺乏完善的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等。從中可以看出,想要在機(jī)械電子工程中靈活利用智能控制工程,需要先解決信息分散、不準(zhǔn)確、不及時(shí)、不共享的問題,保證管理決策科學(xué)性。

        4 智能控制工程在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用

        4.1 集成自動(dòng)控制技術(shù)

        電子工程對(duì)于集成自動(dòng)控制技術(shù)的使用,便是典型的智能控制。所以,在機(jī)械電子工程的每個(gè)步驟當(dāng)中都有廣泛應(yīng)用。該項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)為現(xiàn)代化信息技術(shù)和計(jì)算機(jī),使其集成自動(dòng)控制技術(shù),有益于現(xiàn)代化信息技術(shù)得到創(chuàng)新和優(yōu)化,保障了機(jī)械電子工程系統(tǒng)功能的完善性。

        在機(jī)械電子工程當(dāng)中,對(duì)于集成自動(dòng)控制技術(shù)的使用,可以使控制以及管理得到統(tǒng)一,進(jìn)一步發(fā)揮機(jī)械電子工程設(shè)備的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),保障設(shè)備之間的協(xié)調(diào)性,推動(dòng)機(jī)械電子工程的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高效化、快速化的發(fā)展目標(biāo),提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。對(duì)于機(jī)械電子工程設(shè)備開展的生產(chǎn)以及運(yùn)行,自動(dòng)控制技術(shù)的集成,可對(duì)設(shè)備的各類信息有效收集并加以整合,有益于生產(chǎn)以及運(yùn)行流程的進(jìn)一步完善?;谥暗目刂葡到y(tǒng),集成自動(dòng)控制技術(shù)研發(fā)自動(dòng)控制功能系統(tǒng),并在應(yīng)用中使其越來越完善,在當(dāng)前機(jī)床電子設(shè)備中的作用和價(jià)值非常顯著,不斷提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[4]。

        4.2 模糊控制工程

        之前,對(duì)于機(jī)械電子工程控制的使用,采用的加工工藝十分繁瑣,操作量大且沒有較高的生產(chǎn)率,因此改進(jìn)之前的控制方法,構(gòu)建了現(xiàn)代化控制模型,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的機(jī)械電子工程控制效果。

        當(dāng)前,模糊控制工程在工程中的應(yīng)用越來越廣泛,該項(xiàng)理論與之前的控制理論區(qū)別較大,模糊控制理論強(qiáng)調(diào)模糊控制中的絕對(duì)精準(zhǔn)度,進(jìn)而確定可能產(chǎn)生的誤差范圍,在這一范圍內(nèi)開展控制工作,可自動(dòng)降低控制難度。對(duì)于模糊控制工程的使用,工作人員還要深入分析和研究機(jī)械電子工程出現(xiàn)的誤差范圍,強(qiáng)化模糊控制技術(shù)的精準(zhǔn)性,也使機(jī)械電子工程可以更加精準(zhǔn)地應(yīng)用模糊控制技術(shù)。

        4.3 魯棒性

        在當(dāng)前的發(fā)展環(huán)境中,對(duì)于機(jī)械電子工程的使用,非常關(guān)鍵的一項(xiàng)特征便是智能控制工程中的魯棒性,一旦有外界干擾產(chǎn)生時(shí),魯棒性設(shè)備可以保持系統(tǒng)之前的性能,并控制工程中的各個(gè)設(shè)備。具體來說,魯棒控制是對(duì)一個(gè)控制器加以設(shè)計(jì),進(jìn)而滿足其所需的性能指標(biāo),比較簡單的魯棒性控制系統(tǒng)如圖1所示。

        外界因素在對(duì)其產(chǎn)生干擾的情況下,可以對(duì)系統(tǒng)的某個(gè)性能加以把控,使其不會(huì)發(fā)生任何的改變,所以,多變量型魯棒控制系統(tǒng)在機(jī)械制造當(dāng)中的使用非常廣泛。例如,機(jī)械電子工程控制系統(tǒng)當(dāng)中的魯棒性,在制造柔性臂軌跡時(shí),一般要對(duì)滑膜結(jié)構(gòu)控制制造過程,基于滑膜結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),研發(fā)慢變控制器,依托Hx控制理論開發(fā)魯棒控制器,使得系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步優(yōu)化。通過對(duì)操作軌跡模擬過程的充分研究,借助計(jì)算補(bǔ)償法可對(duì)滑膜結(jié)構(gòu)、Hx的控制理論加以控制,以保障目標(biāo)軌跡當(dāng)中控制系統(tǒng)有良好的運(yùn)行以及控制精度。

        4.4 預(yù)測控制技術(shù)

        在機(jī)械電子工程中,對(duì)于預(yù)測控制技術(shù)的使用,能夠有效預(yù)測出設(shè)備的運(yùn)行情況,并依照相應(yīng)的結(jié)果控制設(shè)備,進(jìn)而對(duì)生產(chǎn)提出的需求給予滿足。例如,應(yīng)用高速液壓機(jī)時(shí),為對(duì)生產(chǎn)需求給予滿足,要提高轉(zhuǎn)速、增加壓力,使設(shè)備不斷加大負(fù)載沖擊,使設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)生超調(diào)故障,影響了精度以及安全性。

        目前,應(yīng)用預(yù)測控制技術(shù),依據(jù)為高速液壓機(jī)系統(tǒng),構(gòu)建預(yù)測模型,控制運(yùn)行速度以及運(yùn)行壓力。預(yù)測輸出值便可精準(zhǔn)預(yù)測運(yùn)行誤差,使其在運(yùn)行時(shí)得到把控,消除運(yùn)行速度以及壓力誤差,強(qiáng)化精度。

        4.5 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)

        神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是以生物學(xué)為基礎(chǔ)的控制研究,連接多個(gè)簡單的網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元,構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò),每個(gè)神經(jīng)元都是較為簡單的,然而,所有神經(jīng)元連接在一起,便會(huì)成為具有較高復(fù)雜度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,可以大規(guī)模處理數(shù)據(jù),由于該種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有和人類相似的適應(yīng)學(xué)習(xí)能力,致使其逐漸向著人工智能化方向發(fā)展[5]。

        在智能機(jī)械電子工程控制系統(tǒng)中,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。例如,在數(shù)控機(jī)床控制中,工作人員可以改變數(shù)控機(jī)床切割過程中不確定的特點(diǎn),利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制工程系統(tǒng),提高數(shù)控機(jī)床加工質(zhì)量和效率,保證機(jī)械電子工程安全性[6]。

        4.6 預(yù)測控制高速液壓機(jī)

        現(xiàn)階段,在液壓機(jī)技術(shù)中,高壓、高速化是非常重要的發(fā)展趨勢(shì)。最近幾年,隨著速度的提高與壓力的增加,導(dǎo)致負(fù)載慣性變大,這回導(dǎo)致系統(tǒng)超調(diào)變大和精度降低。利用預(yù)測控制技術(shù),解決液壓機(jī)高速、高壓化引起的不良影響[7]。

        預(yù)測控制的基本原理主要是結(jié)合采樣時(shí)刻及之前的系統(tǒng)輸出歷史數(shù)據(jù),創(chuàng)建系統(tǒng)輸出預(yù)測模型,然后把預(yù)測模型作為基礎(chǔ),得到預(yù)測輸出值,預(yù)測計(jì)算系統(tǒng)誤差變化,結(jié)合計(jì)算結(jié)果,確定控制器輸出,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提前控制模式。利用該種手段,即便數(shù)據(jù)較少且受到各種外界因素的影響,還是可以獲得較高的預(yù)測精度,因此,特別適用于液壓機(jī)為代表的電液伺服系統(tǒng)的快速預(yù)測控制,有助于提高預(yù)測效果。

        5 結(jié)語

        現(xiàn)階段,機(jī)械電子工程生產(chǎn)中對(duì)于智能控制工程的有效應(yīng)用,使其開始面向智能化以及信息化發(fā)展。此外,智能控制工程中使用與機(jī)械電子工程的發(fā)展之間的有效結(jié)合,充分發(fā)揮其自身的功能作用,有益于推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展。

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