機電一體化系統中智能控制的應用方式

陳磊

[摘要]隨著社會經濟的發展，人們對于機電設備的要求不斷提高，因此，以機械技術與電子技術為一體的機電一體化系統得到快速地發展。近幾年來，機電一體化系統創新地將智能控制技術運用到實踐應用中，針對環境、目標以及任務等被控制對象，進行智能化的調控，并在不斷研究與實踐中取得了較好的成效。本文主要針對智能控制技術在機電一體化系統中的應用策略進行探討。

[關鍵詞]智能控制機電一體化系統應用

中圖分類號：TU85 文獻標識碼：A

機電一體化系統的應用逐漸趨于成熟化，人們應用機電一體化系統解決越來越多的問題，尤其是在技術人員將智能控制技術與機電一體化技術有機地融合到一起后，機電一體化系統的功能越來越強，它可以針對不同的因素進行智能的、多層次的、非線性的、可變的調控，使機電一體化系統的應用領域愈加寬廣，應用效果也在不斷提高。一、簡述智能控制技術與系統

智能控制技術主要是將人工智能理論、自動控制理論、信息理論等有關優化調控方式的理論知識綜合起來，形成有別于傳統自動化控制技術上的新型控制技術。這種智能控制技術是將復雜的、非線性的任務作為控制對象，運用開放式、分布式的結構解決控制問題，因此，智能控制是較為先進的控制方法。

智能控制系統是多項控制技術的集合，它主要分為兩部分：外部環境與控制器。外部環境部分主要發揮傳感器與執行器對影響控制效果的外界環境因素進行感應與判斷，然后將外界信息傳遞給智能控制器。智能控制器一方面對外部環境感知的信息進行分析、處理、評價、規劃與控制決策，另一方面將感知的信息儲存入數據庫，已備以后認知學習之用。二、智能控制技術在機電一體化系統中的應用

(一)智能控制技術在機電一體化系統中的應用類型

在機電一體化系統中應用智能控制技術，是將不同的控制系統聯合起來，形成混合集成型的控制系統，通常這個系統是由以下幾部分組成的。學習控制系統：它主要負責利用信號輸入等形式對系統內部的結構進行認知、分析，從而保證系統的自動調控；神經網絡控制系統：這是應用最多的系統之一，它主要利用復雜的神經網狀的輸入、輸出層，實現對機電一體化系統的智能控制；分級控制系統：它主要利用自身的自適應與自組織能力進行協調、控制工作，這種控制系統可以簡化控制流程，提高控制效率；專家控制系統：它主要是通過將技術人員的指令編入計算機中，使系統按照計算機編程進行控制工作，可以提高解決實際問題的能力與效率。

(二)智能控制技術在機電一體化系統中的應用優勢

智能控制技術是當前工業生產研究的主流方向，也是未來科技發展的流行趨勢，因此，在機電一體化系統中應用智能控制技術是有一定優勢的。首先，智能控制技術根據外部環境變化，針對系統工作內容進行智能化的調控，可以有效提高機電一體化系統工作的精度與效能；其次，智能控制技術可以使機電一體化系統按照工作人員輸入的指令編碼進行工作，這樣可以有效地優化系統加工流程，縮短加工時間，實現系統加工工作的改革；最后，智能控制技術還可以有效地對機電一體化系統中的部分結構與程序進行智能化控制與調試，以保證系統工作程序的安全性與可靠性，進而提高系統的工作效率。

(三)智能控制技術在機電一體化系統中的應用

當前，智能控制技術的應用已經成為改革機電一體化系統的一個方向，以此，相關技術人員積極從不同方面、不同角度、不同層次進行智能化控制的研究，以期可以更好地應用于機電一體化系統中，提高機電一體化系統的應用效率，促進機電一體化系統向著現代化、智能化、信息化方向發展。

機電一體化系統中最重要的組成部分即是數控機床，所以在數控機床方面應用智能控制技術，充分發揮智能控制技術的高效率、高精度、高性能的優勢，使數控機床在遇到加工程序問題時，系統可以按照預先設定的控制程序進行調控，并能夠繼續按照加工運行指令進行工作。這種智能化調控可以有效控制加工信息模糊的狀況，以有效加工過程。

要想提高機械制造的效率，就必須創新機械制造技術、開發新型的制造控制模式。在此基礎上，技術人員將智能控制技術應用于機械制造機電一體化系統中，利用計算機為載體，使用專家控制系統的學習、認知功能，充分地對機械制造信息進行學習與認知，然后進行信息的識別與處理，提高對殘缺信息的處理利用效率，進而提高機械制造機電一體化系統的工作效率。

三、智能控制在機電一體化系統中的應用

3.1智能控制在機器人領域的應用

在控制參數方面，機器人要求控制參數是多變的；在動力學方面，機器人具有時變性、非線性和強耦合的要求；在傳感器信息方面，機器人具有多信息要求；在控制任務方面，機器人具有多任務的要求。分析機器人和智能控制的特點可以發現，智能控制非常適合應用于機器人領域。

如今，在機器人領域的很多方面都應用了智能控制技術。例如，利用智能控制技術可以有效控制機器人手臂的動作、姿態；利用多傳感器信息融合技術、信息處理技術和控制技術對機器人的行走路徑、停留位置和躲避障礙物等動作進行控制。

隨著智能控制方法的不斷發展，它們的實用性、可靠性和優越性已經在很多應用系統中得到證明。神經網絡控制具有很強的魯棒性和容錯功能，通過利用神經元之間的聯結和權值的分布表示特定的信息，并對各傳感器接受到的信息進行處理，最后以直接自校正控制等方式對機器人進行控制；模糊控制具有很強的魯棒性，建立在模糊集合、模糊推理和模糊語言變量的基礎之上。模糊控制廣泛應用于機器人的建模、控制等很多方面。模糊控制首先對被控對進行建模，在同時考慮控制規則和模糊變量的隸屬度函數的基礎上，利用模糊控制器，對機器人機械控制；在設計與規劃機器人路徑的時候主要用到免疫算法，再結合遺傳算法和進化算法，可以對控制程序和控制技術進行優化。

3.2智能控制在數控領域的應用

智能化是當今數控系統的一個發展趨勢，隨著科學技術的發展，人們對加工質量提出了更高的要求，尤其是在數控領域應用智能控制成為人們越來越迫切的要求，如對制造網絡通行能力、加工運動的模擬、推理和決策能力、智能編程、智能監控、自尋優等功能的要求。數控系統中的某些模塊通過數學建模及傳統的控制方法可以實現，但是數控系統中的很多環節因為缺乏準確的信息，無法通過數學建模和傳統的控制方法實現，這時就需要通過智能控制方法和理論實現。利用模糊推理對數控機床進行故障診斷，利用模糊控制優化加工過程，利用模糊集合理論對某些控制參數進行調整；利用神經網絡技術可以實現插補計算、故障診斷；利用專家系統可以實現對某些難以確定算法或結構不明確的情況進行推理計算。另外，利用專家系統對多個數控機床維修專家的經驗進行綜合，并收集現場故障信息，再根據合理的推理規則，結合故障情況提出相應的維修意見。

3.3智能控制在交流伺服系統中的應用

伺服系統是機電一體化典型產品的重要組成部分，它屬于一種轉換裝置，通過轉換電信號以實現機械操作。交流伺服系統非常復雜，由于存在強耦合、負載擾動、參數時變等諸多不確定因素，所以不可能建立起精確的數學模型，只能建立起與實際情況相近的模型，該模型難以滿足某些廠家對系統高性能指標的要求。如果能引入智能控制系統，交流伺服系統將不再需要精確的控制器參數和數學模型就能使系統具有較高的性能指標。

結語：

綜上所述，智能化的機電一體化系統將改變傳統機械自動化技術的工作模式，使工業生產與人們生活活動向著現代化、智能化、信息化發展。隨著技術人員對智能控制技術研究力度的不斷加大，其在機電一體化系統中的應用效果也在不斷提高，充分發揮智能控制技術高效率、高水平、高性能的調控優勢，促進機電一體化系統的不斷更新與發展。

參考文獻

【參考文獻】：

【1】李運華.機電控制[M].北京航空航天大學出版社,2003.

【2】芮延年.機電一體化系統設計[M].北京機械工業出版社,2004.

【3】 王中杰,余章雄,柴天佑.智能控制綜述[J].基礎自動化,2006(6).

【4】 章浩,張西良,周士沖.機電一體化技術的發展與應用[J].農機化研究,2006(7).

【5】梁俊彥,李玉翔.機電一體化技術的發展及應用[J].科技資訊,2007(9).