機電一體化系統中智能控制的應用

王艷

摘要：為了增強國家實力，提高國際影響力，我國特別注重工業的發展，至今已卓有成效。正所謂無商不活，無工不強，為了走好強國之路，必須優先發展工業，特別是重工業。在發展工業的過程中，機電一體化技術在數控、建筑、制造業、機器人等眾多領域極大地提高了其安全性、穩定性，極大地促進了工業化進程，為現階段我國的工業轉型做出了巨大貢獻。在機電一體化中，智能控制逐漸占據十分重要的地位。本文首先介紹機電一體化和智能控制的含義，進而分析其特征，最后重點分析其在機械、機器人、建筑等領域內的應用。

關鍵詞：機電一體化系統；智能控制；應用

百年以來，各種科學技術突飛猛進，這種發展不外乎兩種方式，一是本專業的不斷探索與提高，二是各學科交叉、融合，借它山之石，攻本行業之玉。在各學科難以提高時，第二種方式尤為重要。現階段，機械學融合電子學、計算機學、測控技術、伺服傳動技術等多種技術，逐漸形成了模塊化的整體，稱之為機電一體化系統，機電一體化在機械制造、機器人控制、數控機床等各個領域作用巨大、建樹頗豐。近年來，隨著人工智能等技術等發展，智能控制逐漸被引入機電一體化系統用來取代人力操縱，成果顯著。

一、簡要介紹

（一） 機電一體化

機電一體化技術（mechatronics）狹義來講是機械技術（mechanic）與電子技術（electronics）的交叉技術，從單詞構成可見一斑。廣義來講是以機械為主體，綜合使用機械技術、系統技術、微電子技術、傳感檢測技術、控制技術、伺服傳動技術、電工電子技術等多種技術，使之完成一定的功能，最終構成一個整體的有機體系[1]。

鑒于機電一體化系統引入了多種其他種類的技術，所以綜合性較強。此外，因為它是一個有機完整的系統，故具有完整性與系統性。再者，機電一體化由于引進了電子技術，則更多的是通過弱電來控制強電，且弱電強電之間一般都會有隔離措施，如繼電器等，因此可以提高工人操作的安全性和可靠性。最后，由于集成電路技術的使用，現在的機電系統一般由很多的小型模塊構成，具有很強的替代性且易于使用。

（二） 智能控制

智能控制是指電子計算機通過模擬人類思考與行為方式并將這種方式轉化為可供計算機識別的數學模型，在無人的情況下，計算機利用這種模型對生產實踐進行分析與操控[2]。智能控制系統必須具模擬人類學習的能力和自適應性等兩種能力。

智能控制不是對傳統控制方法的否定和批判，而是對傳統的發展與深化，智能控制也具有較強的綜合性，如綜合使用運籌學、控制學、人工智能技術等，它在一定程度上減少了人力控制，提高了整體工作效率。智能控制目前的重難點在于模型的建立與描述、機器識別能力等方面[3]。

二、應用

機電一體化系統的智能控制在各大領域均應用廣泛，如制造業、機器人、建筑等領域，以下將一一進行闡述。

（一） 制造業領域

多年前，制造業依靠紙質圖紙進行設計、依靠人力進行手工操作，難以保證設計的實時修改以及制造的精度。近20年來，計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助工程（CAE）的引入，極大地提高了制造業的智能程度，此外，還有3D打印技術的興起，可以將CAD圖紙直接導入，進而打印出實物模型，為設計與修改提供了巨大的便利。

智能制造也是智能控制的又一體現。如機加工時，將原材料裝夾成功，放入機床，設置好需要完成的目標參數，則計算機可以自行確定工藝路線（如加工次序、進給量、退刀量、是否換刀、是否需要熱處理以及后續處理等）自行審核成品是否符合要求，是否需要再次加工等。如熱處理時，可以通過電腦設置加熱時間、保溫時間以及冷卻方式、冷卻速率等，以期得到具有目標組織的材料。智能制造可以減少工人的簡單重復勞動，提高工人的工作環境，保證產品的精度與質量，智能制造一定是制造業未來的發展方向。

此外，數控機床的使用也是智能控制的一大表現。數控機床是數字技術和機械制造技術相結合的產物，利用數字化技術可以簡化機床的操作，如只需在操控界面進行簡單編程就可以實現對工件的加工，這極大地降低了機床的操作難度。

（二） 機器人領域

機器人的最終目標是實現擬人化的各種功能，如視覺、運動、思維、語言等。人是光線的反射來觀察世界的，而機器人是通過各式各樣的傳感器來感知外界的，通過一定的傳感器，將外界的各項參數，如溫度、距離、壓力等轉變為電信號，將電信號經過一定的處理之后傳遞給智能控制系統，經過邏輯判斷之后，以電信號輸出一定的動作。機器人的運動，簡單的如安裝輪子使其運動，而復雜的則需要對人類的運動行為進行相關研究，將研究成果應用于機器人，如對人類來說簡單的屈腿邁步對于機器人便意味著各種復雜的操控。機器人的思維是通過一個個數學模型建立起來的，更準確地說是通過一個個邏輯判斷來運行的，隨著對人類思維的研究，機器人的思維更加智能，如模糊思維的使用，神經元網絡的建立等使得機器人更加“擬人”。機器人的語言主要是通過語音庫的調用來實現的，在未來也有可能會出現準確表達機器人意識的語言方式。隨著對人類行為、思維等方面的深入研究與模擬，機器人領域的智能控制一定會更加成熟[4]。

（三） 建筑領域

建筑領域對于智能控制應用十分廣泛。如各種設備的智能控制，在這些控制系統內，一般而言都有一套負反饋調節系統，通過對結果的分析進而控制起始的物料投放量，以保證合適的用量。如照明的控制，可以將光線的明暗程度、人數的多少及有無、所需的照明強度等量化為一定的參數，通過智能系統實時控制燈光的啟停，還可以將電源電壓分為多檔以控制燈光強度，此外，還可以設置一定量的太陽能電池板，轉化太陽能為電能，通過智能控制系統實時控制電池板的朝向，以使其最大程度接收太陽能量。如火災報警器的控制，可以設置一定的傳感器，將空氣中的煙霧量轉化為電信號，當濃度高于一定量后，報警器自動開啟。

三、結束語

現階段，各行業之間的碰撞與融合已成為不可阻擋的趨勢，機電一體化尤為顯著，對機電一體化實施智能控制更是當前的發展趨勢。它提高了工程效益，保證了工程安全，降低了工作人員的重復勞動，在制造業、機器人、建筑等眾多領域發揮著重要的作用，為我國工業的發展做出了不可替代的貢獻。我們需要順應時代潮流，將智能控制穩步向前推進。

參考文獻：

[1]楊正蕾，崔少鷹.機電一體化系統中智能控制的應用[J].山東工業技術， 2017（7）：163-163.

[2]朱敬園.機電一體化系統中智能控制的應用研究[J].四川水泥， 2017（6）：125-125.

[3]王成勤，李威，孟寶星. 智能控制及其在機電一體化系統中的應用[J].機床與液壓，2008，36（8）：280-282.

[4]邵惠東. 機電一體化系統中智能控制的應用分析[J].中國新通信， 2018， v.20（10）：97.

（作者單位：浙江省郵電工程建設有限公司）