智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：智能控制技術(shù)與系統(tǒng)是機(jī)電一體化控制技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志之一。智能控制技術(shù)通過自動化控制解決了時(shí)變性、非線性、多層次性等復(fù)雜的控制問題，提升了機(jī)電一體化系統(tǒng)的支行模式，而智能控制策略在機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到了廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能控制；機(jī)電一體化系統(tǒng)；應(yīng)用

一、智能控制概念及作用

智能控制系統(tǒng)是指能夠模擬人工智能或具有人工智能的系統(tǒng)。智能控制系統(tǒng)是一個(gè)知識處理系統(tǒng)，可以分為兩部分：智能控制器和外部環(huán)境。智能控制通過分析歸納廣義被控對象的各類固有知識和信息，并對這些知識和信息進(jìn)行處理，使系統(tǒng)處于最優(yōu)狀態(tài)。

二、機(jī)電一體化概述和特征

機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。

三、 智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用

（一）智能控制在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用

智能控制應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中能夠極大地提高工業(yè)生產(chǎn)效率，在工業(yè)工藝過程， 如專家控制器和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制器等控制器的設(shè)計(jì)中，就可以引進(jìn)智能控制。工業(yè)生產(chǎn)過程是一個(gè)龐大復(fù)雜的生產(chǎn)過程，單單利用人工是難以完成的，對整個(gè)工藝的操作和控制、以及對整個(gè)過程故障的診斷等都需要智能控制的參與，而且智能控制在未來的工業(yè)生產(chǎn)中將占據(jù)絕對主導(dǎo)地位。

（二）智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用

在控制參數(shù)方面，機(jī)器人要求控制參數(shù)是多變的；在動力學(xué)方面，機(jī)器人具有時(shí)變性、非線性和強(qiáng)耦合的要求；在傳感器信息方面，機(jī)器人具有多信息要求；在控制任務(wù)方面，機(jī)器人具有多任務(wù)的要求。分析機(jī)器人和智能控制的特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，智能控制非常適合應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域。

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

隨著智能控制方法的不斷發(fā)展，它們的實(shí)用性、可靠性和優(yōu)越性已經(jīng)在很多應(yīng)用系統(tǒng)中得到證明。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制具有很強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)功能，通過利用神經(jīng)元之間的聯(lián)結(jié)和權(quán)值的分布表示特定的信息，并對各傳感器接受到的信息進(jìn)行處理，最后以直接自校正控制等方式對機(jī)器人進(jìn)行控制；模糊控制具有很強(qiáng)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(chǔ)之上。模糊控制廣泛應(yīng)用于機(jī)器人的建模、控制等很多方面。模糊控制首先對被控對進(jìn)行建模，在同時(shí)考慮控制規(guī)則和模糊變量的隸屬度函數(shù)的基礎(chǔ)上，利用模糊控制器，對機(jī)器人機(jī)械控制；在設(shè)計(jì)與規(guī)劃機(jī)器人路徑的時(shí)候主要用到免疫算法，再結(jié)合遺傳算法和進(jìn)化算法，可以對控制程序和控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

（三）智能控制在數(shù)控領(lǐng)域的應(yīng)用

智能化是當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對加工質(zhì)量提出了更高的要求，尤其是在數(shù)控領(lǐng)域應(yīng)用智能控制成為人們越來越迫切的要求，如對制造網(wǎng)絡(luò)通行能力、加工運(yùn)動的模擬、推理和決策能力、智能編程、智能監(jiān)控、自尋優(yōu)等功能的要求。數(shù)控系統(tǒng)中的某些模塊通過數(shù)學(xué)建模及傳統(tǒng)的控制方法可以實(shí)現(xiàn)，但是數(shù)控系統(tǒng)中的很多環(huán)節(jié)因?yàn)槿狈?zhǔn)確的信息，無法通過數(shù)學(xué)建模和傳統(tǒng)的控制方法實(shí)現(xiàn)，這時(shí)就需要通過智能控制方法和理論實(shí)現(xiàn)。利用模糊推理對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行故障診斷，利用模糊控制優(yōu)化加工過程，利用模糊集合理論對某些控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)計(jì)算、故障診斷；利用專家系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對某些難以確定算法或結(jié)構(gòu)不明確的情況進(jìn)行推理計(jì)算。另外，利用專家系統(tǒng)對多個(gè)數(shù)控機(jī)床維修專家的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合，并收集現(xiàn)場故障信息，再根據(jù)合理的推理規(guī)則，結(jié)合故障情況提出相應(yīng)的維修意見。

（四）智能控制在交流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，伺服系統(tǒng)是其主要組成部分，而伺服系統(tǒng)的合理性將決定產(chǎn)品的最終質(zhì)量、性能等，而伺服系統(tǒng)又是一種非常復(fù)雜的整體結(jié)構(gòu)，所以其參數(shù)的改變非常頻繁，容易受到各種因素的影響，這就容易導(dǎo)致很多不確定的因素，而智能控制能夠減少這些不確定因素，使交流伺服系統(tǒng)更加穩(wěn)定的工作，所以把智能控制應(yīng)用于交流伺服系統(tǒng)中，能夠有效地促進(jìn)交流伺服系統(tǒng)的工作效率。

（五）智能控制在機(jī)械制造中的應(yīng)用

在現(xiàn)有的機(jī)械制造中，人力占據(jù)了很重的一部分，但是隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，這越來越不符合時(shí)代的要求。機(jī)械制造的未來發(fā)展的未來發(fā)展方向是智能化的新技術(shù)方向、所以，應(yīng)當(dāng)按照現(xiàn)在的現(xiàn)實(shí)情況把原有的經(jīng)典機(jī)械理論和現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)技術(shù)以及智能控制技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，這樣能夠是機(jī)械制造效率和準(zhǔn)確度都大大提高，而且同時(shí)能夠節(jié)省很大一部分人力。

三、 總結(jié)

綜上所述，人類社會的發(fā)展和進(jìn)步體現(xiàn)在人腦的智能上，毫無疑問，機(jī)電一體化的發(fā)展和進(jìn)步也體現(xiàn)在其產(chǎn)品的智能上，因此，智能化是它的一個(gè)重要發(fā)展方向，智能控制理論的提出，為其提供了理論依據(jù)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高，使機(jī)電一體化實(shí)現(xiàn)智能化有了現(xiàn)實(shí)依據(jù)，目前國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)很多智能化的產(chǎn)品。

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作者簡介：朱慶良（1987年4月），性別：男，籍貫：遼寧省沈陽市，研究方向：機(jī)電一體化endprint