智能控制系統(tǒng)技術簡介與應用分析

1 智能控制系統(tǒng)概述

1.1 智能控制系統(tǒng)的概念

智能控制是通過先進的計算機技術在無人操作的情況下下達生產(chǎn)指令的一種技術，由智能機器自主地實現(xiàn)其目標的過程，是經(jīng)典控制理論發(fā)展的高級階段，主要用來解決傳統(tǒng)方法難以解決的復雜系統(tǒng)的控制問題[1]。智能控制是一個非常活躍的多學科領域，有調(diào)查顯示在IEEE 數(shù)據(jù)庫中搜索，得到6 000 多條帶有“智能控制”一詞的記錄，其中大約有一半的論文的標題中有該詞。

1.2 智能控制系統(tǒng)的發(fā)展

智能控制經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)有了一套完整的概念、理論系統(tǒng)，并且形成了幾大主要控制分支。

多模型系統(tǒng)是應用最廣泛的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)擁有多個模型來應對不同應用場景，并且可以自主切換和調(diào)節(jié)來適應環(huán)境，為智能控制提供了一個自然的框架。比如其中許多描述電廠不同運行模式的模型用于預測電廠系統(tǒng)的行為，而最能描述電廠的模型用于初始化新的適應或生成新的控制輸入，來完成系統(tǒng)的延續(xù)和更新，這對故障檢測和可重構控制等問題具有重要意義[2]。因此，當故障發(fā)生時，適應將從類似于它的情況開始，從而提供更快的響應和更好的性能。

在非線性自適應控制系統(tǒng)中，神經(jīng)網(wǎng)絡已被用作有效的系統(tǒng)標識符和控制器。它們的穩(wěn)定性得到了廣泛的研究論證，并取得了許多成果。最近，利用神經(jīng)網(wǎng)絡自適應控制一類非線性系統(tǒng)的有界性的結果模型被建立，其中非線性被假定為有界，這使得控制或者自適應系統(tǒng)有了更好地發(fā)展前景[3]。

模糊邏輯的出現(xiàn)及其應用極大地改變了工業(yè)智能控制工程的面貌。在過去的20 年里，模糊邏輯的不斷完善使控制工程師能夠越來越輕松的應付越來越復雜、動力學定義不明確的系統(tǒng)，并開發(fā)出對應的有效控制器。

但與此同時，智能控制系統(tǒng)的發(fā)展也存在著許多問題，比如研究創(chuàng)新性不足、缺乏更高水平的創(chuàng)新成果、各層次智能控制人才不足等，這意味著在未來該領域還有很長一段路要走。

2 智能控制系統(tǒng)介紹

2.1 技術特點的介紹

智能控制技術，即結合計算機編程程序或者模擬人腦進行智能控制。智能控制具有較為復雜的組成成分，涵蓋集成操控等。可以通過驅(qū)動智能機器人獨立自主的實現(xiàn)目標，控制過程不需要人為干預，并且智能控制具有以下主要特點[4]。

1）具有感知和認知性：感知即為對外界環(huán)境和被控制對象本身運動狀態(tài)的感覺和測量，而認知是能認識所感知事物的外形、質(zhì)地、運動特征等的能力。

2）判斷、推理、決策的能力：體現(xiàn)了“智能遞增，精度遞降”的一般組織結構的基本原理，可根據(jù)控制目標要求和當前所面臨的熟悉或不熟悉的環(huán)境進行預測、規(guī)劃、決策，自動或人機交互實施有效的自主操作和控制。

3）在線學習和規(guī)劃的能力：系統(tǒng)可以自主抓住事物的主要矛盾和主要特征，通過學習事物的運動規(guī)律，進行規(guī)劃和決策，以便掌握足夠的控制策略、被控制對象及面臨環(huán)境的有關知識和運用這些知識的能力。

4）執(zhí)行多個進程時協(xié)調(diào)操控：若實現(xiàn)多目標、多功能、高性能控制，須要具備多執(zhí)行機構協(xié)同能力，并具有高度的可靠性。

2.2 系統(tǒng)組成

智能控制由許多系統(tǒng)組成，主要有模糊控制系統(tǒng)、專家系統(tǒng)以及神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)等。其中專家系統(tǒng)應用廣泛[5]，該系統(tǒng)能夠模擬人類相關領域?qū)＜业臎Q策過程來分析、解決問題，其原理主要是依靠自主學習算法，學習相關領域?qū)＜姨峁┑闹R和經(jīng)驗，然后建立模型對所要解決的問題進行推理和判斷，最后給出決策。

3 智能控制系統(tǒng)應用分析

3.1 工程機械控制中的應用

智能控制系統(tǒng)在工程機械中的運用，能夠提高機械控制的精確度，彌補人工控制的不足，在一定程度上提高工程機械的現(xiàn)代化水平。主要應用的技術有超聲波、自動識別和圖像處理等[5]。

1）超聲波傳感技術：超聲波傳感技術主要是運用于特殊情況下的測距傳感，比如建筑施工過程中，在特殊情況下測量距離。超聲波測距的過程比較簡單，由發(fā)射裝置發(fā)射超聲波再由接收裝置接收，將智能控制技術運用到其中，可以減少額外測量所消耗的人力物力，克服測量精度不高等問題，甚至可以加快施工前的測量勘測周期，加快施工進度。

2）自動識別技術：自動識別技術是應用于某些特定識別裝置，應用于被識別物品和識別裝置之間，由此自動地獲取該物體的相關信息，并將信息提供給后臺信息處理系統(tǒng)。自動識別技術廣泛地運用于物流信息的管理和應用，物流企業(yè)運用相關技術，通過對快遞的條形碼等的識別，再通過機械臂等操作器械，對快遞進行快速準確的分揀，極大地彌補了人工分揀容易出錯的不足、提高了分揀的效率，也可以節(jié)省物流公司的成本。

3）圖像處理技術：圖像處理技術是通過大范圍的環(huán)境信息測量，在短時間內(nèi)對收集來的信息進行處理，以達到人們對圖像獲取的要求。例如，應用于航空航天工程領域時，可以糾正圖像在由太空傳輸?shù)降孛娼邮掌鞯倪^程中由遠距離傳輸對圖像造成的失真，使太空獲取的圖片更好的服務于地面科研人員的科學研究。除此之外，還可以應用于人們的日常收發(fā)信息中，提高信息傳輸速度和效率。

3.2 智能一體化系統(tǒng)中的應用

將智能控制技術應用于智能一體化系統(tǒng)，可以提高學習控制系統(tǒng)的學習能力、提高專家控制系統(tǒng)對具體問題的分析處理能力、提高智能一體化系統(tǒng)的工作效率，使企業(yè)和智能一體化最終產(chǎn)品更具科學性和先進性[6]。

1）智能機器人：智能機器人的應用包含了工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)加工、家庭智能陪護、物流分揀等。對于物流中心的快遞定向分揀現(xiàn)在已經(jīng)得到廣泛應用；在農(nóng)業(yè)方面，智能機器人可以根據(jù)對氣候變化的監(jiān)測，靈活地對農(nóng)作物澆水播撒農(nóng)藥等，在噴灑藥物時，精度甚至可以達到精確噴灑樹冠；在工業(yè)生產(chǎn)中，一些精密零件的制造也往往需要借助智能機器人，智能控制下的機械臂穩(wěn)定性好，持續(xù)工作時間長，在工業(yè)生產(chǎn)中極具優(yōu)勢；而家庭智能陪護、掃地機器人等等都是智能機器人在家居方面的應用，掃地機器人就可以根據(jù)機器的運行軌跡，繪制出家居地形平面圖，達到精準清掃、減少磕碰、提高效率的目的。

2）數(shù)字控制：數(shù)字控制是一種借助數(shù)字等其他計算機可以識別的語言、對某一項工作進行編程控制及結果演算的自動化方法。數(shù)字控制主要運用在數(shù)控機床的工廠零件加工中。智能控制系統(tǒng)可以實時監(jiān)控機床的加工狀態(tài)，同時自行建立數(shù)學模型分析加工，若檢測出故障，則對數(shù)字控制機床進行自我故障的診斷修復，以達到對數(shù)據(jù)進行簡單的調(diào)整和規(guī)整的目的。對零件的加工精度也可以運用數(shù)控軟件進行校正和補償，加入智能控制則可以提高整個過程的精確度，更好的達到生產(chǎn)需要。其加工效率也將是普通機床的2～3 倍。

3）交流伺服系統(tǒng)：交流伺服設備能將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械信號，并具有轉(zhuǎn)化技能的部件和設備，應用智能控制，可以提高轉(zhuǎn)化效率。

4 結語與展望

智能控制系統(tǒng)作為各行業(yè)發(fā)展的重要組成部分，可以提高實際生產(chǎn)效率，減少行業(yè)成本。智能控制運用更加廣泛的時代已經(jīng)到來，智能控制想要實現(xiàn)更好的發(fā)展目標，需要與智能一體化和工程機械等領域更好結合，這樣才能充分發(fā)揮自身價值，提高控制系統(tǒng)的靈活性，解放傳統(tǒng)人工控制的工作壓力，使智能控制系統(tǒng)得到新的突破。如今智能控制在自動識別等系統(tǒng)中都能得到很好的應用效果，相信在未來，智能控制能得到更好的發(fā)展，更好的服務于人們的生活。