丁萌

引言

在信息化時(shí)代背景下，各種科學(xué)技術(shù)的研究和使用似乎找到了一條便捷的路徑，而這些技術(shù)相繼涌現(xiàn)也為機(jī)械工程的發(fā)展帶來巨大影響。作為整個(gè)機(jī)電行業(yè)的核心，機(jī)電控制系統(tǒng)綜合性較強(qiáng)，要求多種技術(shù)密切配合，才能展示出實(shí)際的功能。智能控制技術(shù)是指在沒有人工操作的情況下，將智能設(shè)備與自主運(yùn)行有機(jī)地結(jié)合起來的一種技術(shù)，該技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，并獲得了良好的應(yīng)用效果。應(yīng)用智能化技術(shù)來提高機(jī)電控制系統(tǒng)的科學(xué)技術(shù)含量與現(xiàn)代化水平已成為業(yè)內(nèi)的廣泛共識，深入研究與分析機(jī)電控制系統(tǒng)中智能化控制技術(shù)的應(yīng)用，有益于智能化控制技術(shù)更好地發(fā)揮其在機(jī)電控制系統(tǒng)的價(jià)值及作用。

一、智能控制技術(shù)與機(jī)械控制系統(tǒng)概述

（一）智能控制技術(shù)

所謂智能控制技術(shù)，即集成電子計(jì)算機(jī)編程或仿真大腦來進(jìn)行智能控制的系統(tǒng)（如圖1）。智能控制技術(shù)本質(zhì)上與具備自主驅(qū)動(dòng)功能的智能化機(jī)器設(shè)備相似，其融合了人工智能、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械自動(dòng)化等多種學(xué)科，使整體控制系統(tǒng)能夠擁有人的學(xué)習(xí)能力及控制策略。相較于經(jīng)典控制理論，智能控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)更為復(fù)雜，包括綜合操作、分級分類階梯操作、專家操作等特征。在現(xiàn)代社會(huì)高速發(fā)展的時(shí)代背景下，各生產(chǎn)企業(yè)已將智能控制技術(shù)廣泛應(yīng)用在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中，其高效的控制屬性頗受青睞，為工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)等領(lǐng)域的長遠(yuǎn)發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)。智能控制技術(shù)的出現(xiàn)，大大提升了機(jī)電控制的整體效率和精準(zhǔn)性，雖然其與人工控制方式相比起來更加復(fù)雜，但是能夠代替人工高效高質(zhì)量地完成很多其難以完成的控制任務(wù)，盡量簡化機(jī)電控制環(huán)節(jié)，顯著降低生產(chǎn)過程中所需投入的人力資源成本，避免很多生產(chǎn)過程中人為因素造成的損失。智能控制技術(shù)會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展更加廣泛地在社會(huì)生產(chǎn)中應(yīng)用，更好地提升機(jī)電控制系統(tǒng)的整體性能。

圖1 智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（二）機(jī)電控制系統(tǒng)

在國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與計(jì)算機(jī)科學(xué)飛速發(fā)展的背景下，機(jī)電控制系統(tǒng)得以誕生，其在多個(gè)領(lǐng)域已展示出自身的應(yīng)用價(jià)值。通過分析機(jī)電控制系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)其主要運(yùn)用控制系統(tǒng)讓控制裝置和控制對象密切聯(lián)系，在沒有人工參與的情況下，也能實(shí)現(xiàn)對設(shè)備機(jī)器的合理操控，充分發(fā)揮出控制裝置的自動(dòng)化功能，以實(shí)現(xiàn)設(shè)定的任務(wù)指標(biāo)。機(jī)電控制系統(tǒng)核心為自動(dòng)化控制，運(yùn)用微電子以及傳感檢測等技術(shù)措施，打造出極具可靠性的綜合性一體化模式，在相關(guān)領(lǐng)域展示出實(shí)際的影響力。整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)中通常分為三種模式：其一為保持型，也就是技術(shù)人員對正在運(yùn)行的環(huán)節(jié)加以關(guān)注，隨時(shí)進(jìn)行干預(yù)；其二為完整型，這一模式下的技術(shù)人員無需隨時(shí)關(guān)注，當(dāng)完成系統(tǒng)任務(wù)之后，主服務(wù)器能夠獲取對應(yīng)報(bào)告；其三為交互型，其重點(diǎn)是技術(shù)人員和計(jì)算機(jī)建立起密切聯(lián)系，是否需要干預(yù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，一般是交由技術(shù)人員決定[1]。

二、智能制造技術(shù)優(yōu)勢

（一）保障系統(tǒng)安全

為更好、更有效地保證智能制造技術(shù)逐步融入機(jī)械自動(dòng)化控制系統(tǒng)的發(fā)展中，保證機(jī)電控制系統(tǒng)能夠充分滿足當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，設(shè)計(jì)工作人員應(yīng)充分應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)以提高機(jī)械設(shè)備的實(shí)用性，為機(jī)電控制系統(tǒng)長期基本建設(shè)的快速發(fā)展提供基礎(chǔ)，并確保它能夠在更安全、更穩(wěn)定的條件下執(zhí)行各種任務(wù)。智能控制技術(shù)根據(jù)實(shí)際情況合理解決一些系統(tǒng)中的各種控制情況，已在機(jī)器學(xué)習(xí)、設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)控、智能故障診斷等多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

（二）優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)

如今我國機(jī)電控制系統(tǒng)發(fā)展的逐步深入，相關(guān)行業(yè)對于數(shù)控技術(shù)的要求也越來越高。因此將智能控制應(yīng)用到機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)中，能夠更快地發(fā)現(xiàn)在數(shù)控機(jī)械加工過程中出現(xiàn)的問題，并及時(shí)解決問題，確保數(shù)控機(jī)械加工過程進(jìn)一步優(yōu)化?，F(xiàn)階段行業(yè)競爭日益加劇，對于諸多企業(yè)而言，其在展開市場競爭時(shí)最重要的競爭力就是企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和性能，而產(chǎn)品的質(zhì)量與性能則取決于生產(chǎn)過程中機(jī)床的精度。

（三）提升生產(chǎn)效率

隨著人們生活水平的不斷提升，民眾對于智能化的需求也在不斷提升。正因?yàn)槿绱?，所以將智能控制有效?yīng)用到機(jī)電一體化系統(tǒng)中可以更好地優(yōu)化機(jī)器性能，提升機(jī)床精確度，更好地滿足社會(huì)和民眾的實(shí)際需求。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，智能控制在不斷融合和發(fā)展，這樣不僅僅能夠?qū)ο嚓P(guān)操作流程予以優(yōu)化，同時(shí)還能夠有效節(jié)省相關(guān)系統(tǒng)操作時(shí)間，使企業(yè)的生產(chǎn)效率獲得進(jìn)一步提升。

三、智能控制技術(shù)在機(jī)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)-PI控制的機(jī)電作動(dòng)器控制

智能控制技術(shù)在機(jī)電控制系統(tǒng)中的應(yīng)用之一是基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)-PI控制的機(jī)電作動(dòng)器控制策略。隨著永磁同步電機(jī)(PMSM)的發(fā)展，以機(jī)電作動(dòng)器(EMA)為位移輸出的機(jī)電伺服系統(tǒng)逐漸取代了液壓伺服系統(tǒng)，成為多電飛機(jī)、運(yùn)載火箭等航空航天器上的關(guān)鍵執(zhí)行部件。由于取消了傳統(tǒng)液壓作動(dòng)器內(nèi)部的液壓系統(tǒng)，機(jī)電作動(dòng)器具有維護(hù)簡單、執(zhí)行效率高以及環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)電作動(dòng)器系統(tǒng)的主要任務(wù)是接收控制系統(tǒng)的指令信號并帶動(dòng)舵機(jī)跟隨指令信號運(yùn)動(dòng)，其特點(diǎn)是負(fù)載特性變化大[2]，系統(tǒng)的摩擦、間隙和飽和等非線性特性明顯，且系統(tǒng)難以精確建模。強(qiáng)化學(xué)習(xí)是人工智能領(lǐng)域的重要研究方向，它的出現(xiàn)極大地推動(dòng)了智能控制的發(fā)展，用強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法改造傳統(tǒng)控制方法也成為自動(dòng)控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)。將深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入到強(qiáng)化學(xué)習(xí)，形成了深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法。深度確定性策略梯度算法(DDPG)是一種無模型深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法[3]，該算法不依賴于系統(tǒng)的精確建模，而是通過不斷試錯(cuò)來學(xué)習(xí)，進(jìn)而得到完成任務(wù)的策略。

（二）在數(shù)控領(lǐng)域中的應(yīng)用

對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行判斷的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)是精度，傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床都是由人工來進(jìn)行操作的，人為因素有太多的不確定性,容易因?yàn)橐恍┬⌒〉氖д`而造成非常嚴(yán)重的安全事故和隱患，另外，也有可能因生產(chǎn)過程中出現(xiàn)延遲和失誤導(dǎo)致生產(chǎn)效率和質(zhì)量都達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。智能控制技術(shù)在機(jī)械數(shù)控領(lǐng)域的普及和應(yīng)用，無疑已開始成為行業(yè)的另一個(gè)必然趨勢。它不僅可以有效優(yōu)化各種生產(chǎn)和加工控制流程，減少對人為控制的依賴，還可以通過構(gòu)建數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)監(jiān)測、程序設(shè)計(jì)等功能，為數(shù)控維修提供科學(xué)的參考依據(jù)[4]。未來，科學(xué)技術(shù)水平將繼續(xù)大大提高，工業(yè)生產(chǎn)對于數(shù)控機(jī)床的要求亦隨之增長。隨著數(shù)控技術(shù)應(yīng)用的大量實(shí)踐，數(shù)控功能更加豐富，保證了數(shù)控故障的逐一排除，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控加工的現(xiàn)場自動(dòng)信息采集和控制。例如，數(shù)控機(jī)床的內(nèi)部智能控制，計(jì)算機(jī)技術(shù)與內(nèi)部智能自動(dòng)控制等技術(shù)設(shè)備的直接、有效、無縫連接，可以注入足夠強(qiáng)大的液壓動(dòng)力，同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，以滿足大型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)高速高精度自動(dòng)化應(yīng)用的技術(shù)要求和高精度自動(dòng)化系統(tǒng)的操作要求。當(dāng)數(shù)控技術(shù)處于使用和運(yùn)行階段時(shí)，有必要進(jìn)行全面的智能運(yùn)行監(jiān)控，以確保整個(gè)數(shù)控技術(shù)生產(chǎn)和零件使用的全過程控制。數(shù)控機(jī)床的故障需要自動(dòng)跟蹤和檢測，必要時(shí)依托智能安防控制模塊發(fā)出預(yù)警信號，進(jìn)而對機(jī)床內(nèi)部各種參數(shù)進(jìn)行全面的自動(dòng)檢查，提高機(jī)器設(shè)備運(yùn)作效率。

（三）在交流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著科技發(fā)展以及機(jī)電一體化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，交流伺服產(chǎn)品越來越具備典型性，在交流伺服系統(tǒng)中應(yīng)用智能控制技術(shù)，能夠有效解決該系統(tǒng)存在的安全隱患，全面提升系統(tǒng)服務(wù)的質(zhì)量，消除系統(tǒng)依賴性。交流伺服系統(tǒng)組成相對來說比較復(fù)雜，系統(tǒng)各組成部分存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，如果其中某個(gè)部分的參數(shù)發(fā)生變化，都有可能對整個(gè)系統(tǒng)造成不良影響，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際負(fù)載增加，不僅如此，外界環(huán)境的影響同樣會(huì)對系統(tǒng)中數(shù)學(xué)模型的建立造成干擾。將智能控制技術(shù)應(yīng)用其中之后，能夠使系統(tǒng)性能更加完善[5]，增加系統(tǒng)功能類型。

（四）在機(jī)械制造中的應(yīng)用

為了真正提高機(jī)械生產(chǎn)的整體效率，必須大膽創(chuàng)新，打破傳統(tǒng)的手工機(jī)械生產(chǎn)作業(yè)模式，將計(jì)算機(jī)智能自動(dòng)化控制的技術(shù)優(yōu)勢與手工制造子環(huán)節(jié)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，從而大大降低機(jī)械工人的整體實(shí)際勞動(dòng)強(qiáng)度，全面有效地提高機(jī)械設(shè)備的制造工藝水平。對于企業(yè)設(shè)計(jì)師團(tuán)隊(duì)來說，通過智能柔性制造平臺技術(shù)，他們隨時(shí)都可以更直觀、更準(zhǔn)確地在線展示企業(yè)設(shè)計(jì)理念和思維，并根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)和需求數(shù)據(jù)的及時(shí)變化修改相關(guān)圖紙信息，實(shí)現(xiàn)圖紙信息的快速動(dòng)態(tài)更新和發(fā)布，以及安全高效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，為機(jī)械柔性制造系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)提供專業(yè)指導(dǎo)。隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)和集成升級的逐步加快，機(jī)電智能集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)產(chǎn)品的集成應(yīng)用開發(fā)水平正快速發(fā)展到另一個(gè)新階段。員工可以通過智能模擬流程和智能操作快速制造新產(chǎn)品。利用智能傳感器技術(shù)，可以合理控制和調(diào)整產(chǎn)品參數(shù)，有效控制和處理異常信息，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、快速的生產(chǎn)運(yùn)行和智能、安全的發(fā)展。充分發(fā)揮智能傳感器控制技術(shù)的保護(hù)作用，可以進(jìn)一步大大降低傳統(tǒng)加工制造中的工序故障率，成功、快速地完成產(chǎn)品最終工序的加工、生產(chǎn)和管理任務(wù)，成功生產(chǎn)出質(zhì)量更高、精度更高的高科技產(chǎn)品。針對具體應(yīng)用，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)和機(jī)械智能制造安全系統(tǒng)可以有效控制各種安全操作風(fēng)險(xiǎn)，確保安全故障快速診斷系統(tǒng)的高精度。只有這樣，智能控制系統(tǒng)才能在智能機(jī)械設(shè)備制造系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高效、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。

（五）在建筑工程中的應(yīng)用分析

近幾年，隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對高質(zhì)量生活的要求，越來越多的人開始重視智能化建筑，并將其應(yīng)用的潛力進(jìn)一步發(fā)揮出來。目前，在建筑工程中智能控制技術(shù)主要體現(xiàn)于照明和氣溫調(diào)節(jié)兩部分。在智能照明控制系統(tǒng)中（如圖2所示），依托智能控制器可以使樓宇與建筑物的各單元進(jìn)行因特網(wǎng)通訊，并對每個(gè)使用者的通訊線路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，其可以快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行維護(hù)，以保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)，該系統(tǒng)還可以自動(dòng)調(diào)節(jié)建筑照明區(qū)域、照明時(shí)間等，從而在某種意義上減少能耗，方便居民的日常使用。此外，采用智能控制技術(shù)，借助比例-積分調(diào)節(jié)器根據(jù)室外天氣變化情況和季節(jié)的更替對溫控系統(tǒng)實(shí)施智能化調(diào)整，從而達(dá)到了節(jié)能和減排的目的。時(shí)至今日，智能控制技術(shù)使建筑工程產(chǎn)生極大的改變，開創(chuàng)了人們新的現(xiàn)代居住模式。在今后的發(fā)展中，智能控制技術(shù)將會(huì)更廣泛地應(yīng)用于建筑行業(yè)的機(jī)電控制系統(tǒng)。

圖2 智能照明控制系統(tǒng)

（六）機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用

由于科技與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，越來越多的企業(yè)致力于研發(fā)智能機(jī)器人等未來發(fā)展科技。高校、企業(yè)也相繼組織多種類型的機(jī)器人大賽，由參賽人員對機(jī)器人進(jìn)行設(shè)置程序編撰，使其能夠和人類一樣擁有同樣的執(zhí)行能力，甚至可以比人類擁有更完美的工作能力，機(jī)器人系統(tǒng)組成如圖3所示。而這一切都離不開人們對智慧控制的全面認(rèn)識與使用，其重點(diǎn)就是將相關(guān)技術(shù)進(jìn)行機(jī)電一體和智慧控制器的有效融合，以及運(yùn)用智慧控制連接智能機(jī)器人的視覺控制系統(tǒng)與感應(yīng)器。智能控制技術(shù)主要是讓智能機(jī)器人在實(shí)際工作移動(dòng)的流程中，根據(jù)傳感器采集到信息數(shù)據(jù)選擇避開或越過障礙物，從而在整個(gè)作業(yè)流程中按照預(yù)先設(shè)定的路徑完成各項(xiàng)工作。因此智能機(jī)器人的開發(fā)，在一定程度上克服了實(shí)際工作勞動(dòng)人口較多、實(shí)際工作效率低下、精確度較低等方面的實(shí)際問題。

圖3 機(jī)器人系統(tǒng)組成示意圖

結(jié)論

綜上所述，從當(dāng)前我國社會(huì)工業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況來看，想要促進(jìn)工業(yè)的發(fā)展，就不能夠忽視機(jī)電控制系統(tǒng)的優(yōu)化應(yīng)用，尤其是智能控制技術(shù)與機(jī)電控制系統(tǒng)的融合，這兩者之間的關(guān)系密不可分。在機(jī)電控制系統(tǒng)中，需要將智能控制理論與技術(shù)相融合，以形成多樣高效的控制方法，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備控制質(zhì)量和效率的雙重提升，彌補(bǔ)傳統(tǒng)調(diào)整方案的不足，保質(zhì)保量完成各項(xiàng)機(jī)械生產(chǎn)任務(wù)，促使機(jī)械控制系統(tǒng)向便捷化方向發(fā)展。相關(guān)科技人員以及機(jī)電企業(yè)需要緊跟時(shí)代步伐，繼續(xù)完善機(jī)電一體化智能控制系統(tǒng)，建立人才培養(yǎng)體系，為工業(yè)的生產(chǎn)提供有力的支持。