智能控制工程和機械電子工程的結合

蒲小剛

(新疆阿勒泰布爾津縣人民醫(yī)院 新疆阿勒泰 836600)

控制理論是在十八世紀英國技術革命時期提出的，在改良的蒸汽機出現(xiàn)之后，瓦特嘗試把離心式非錘調速器的基本控制原理應用在蒸汽機轉速控制中，為機械行業(yè)的發(fā)展做出了新的貢獻。在后來的發(fā)展中也出現(xiàn)了更加先進的控制分析系統(tǒng)。隨著信息化進程的推進，控制技術也實現(xiàn)了在機械電子工程領域中更加廣泛的應用，這也推動著機械電子工程朝著更加智能化的方向發(fā)展。

一、概念

智能控制工程的英文名為“Intelligent engineering”，它主要是指創(chuàng)造各種形式的智能系統(tǒng)，包含計算機、信息技術等多個理論，具有整體性、實用性、多樣性等特點。智能控制工程通過將計算機技術和人工智能技術相結合，對工程中既定的工作流程進行智能化的模擬和全方位的控制，進而通過機器人模仿人工操作的方式完成整個工作流程。目前，各種各樣的科學技術層出不窮，被應用到機械電子工程中，不斷提升整體的運行效率。機械電子工程的英文名為“Mechatronic engineering”它是指多種技術集于一體，減少人工操作，降低工作人員的工作強度，同時提高機械電子設備的運行效率，使整個行業(yè)朝著更加智能化的方向前進。在以往的運行模式下，工作人員往往要承擔非常多的工作量，在工作中出現(xiàn)一點誤差就會發(fā)生安全事故，造成十分不利的影響。而機械電子工程可以避免這種情況，采用各種機械設備推動電子技術的發(fā)展，通過不同的生產(chǎn)方式可以大幅度提升工作效率，減少各種違規(guī)操作現(xiàn)象，實現(xiàn)對各個環(huán)節(jié)的有效把控。

二、智能控制工程和機械電子工程的結合

（一）魯棒控制的使用

魯棒控制的英文名稱為“Robust Control”，從實際使用的角度來看，它就是通過設計一個控制操作機來滿足一些性能指標的使用。當系統(tǒng)的數(shù)學模型存在不確定性的時候，整個控制系統(tǒng)的性能可以保持不變。這里的不確定性主要是指模型的不準確性、隨著時間的變化系統(tǒng)參數(shù)和特性的變化等[1]。在實際工作中，大多數(shù)控制問題都可以轉化為圖1所示的情況。一般情況下，在機械電子工程中使用該裝置需要注意以下幾點：首先，工作人員確保選擇H ∞的控制理論對魯棒控制系統(tǒng)進行研究，并在這基礎上對其內部的各個結構進行調整，確保整個功能、性能的優(yōu)化，能夠符合工作的正常要求。然后，在上述工作的基礎上，還要對魯棒控制理論內容進行研究，以確保進行定位并控制目標的運行軌跡，使整個電子機械工程能夠順利運行。

目前，魯棒控制逐漸被應用于機械電子工程中，如汽輪發(fā)電機魯棒控制，其最終目的是要設計一個反饋控制器，從而保證系統(tǒng)內部的運行點同時段的穩(wěn)定運行。在飛行器方面，魯棒控制也取得了較好的應用。飛行器的飛行控制姿態(tài)問題屬于多個變量的非線性控制問題，首先，需要構建模型并推算出沒有動力下的飛行器的動力學方程。按照相應的原理采用兩環(huán)結構的控制方案，分別對應兩種系統(tǒng)：慢變和快變。對于快環(huán)來說，它的帶寬應該是慢環(huán)的3到5倍，這是將慣性和氣動力矩的不確定性考慮在內的結果。對于慢環(huán)來說，指令姿態(tài)角、角速度等最終目的都是應用于形成體軸指令角速度。在對操作軌跡進行模擬的時候，往往采用補償控制算法進行計算，以此來保證滑膜變結構和H ∞。通過計算可知，選擇恰當?shù)目刂茀?shù)，也就是明確不確定的上限和下限就可以完成整個快環(huán)的控制率設計，慢環(huán)設計也一樣。在上述實例中可以看出，魯棒控制為處理不確定性提供了有效手段，也為控制系統(tǒng)提供了實用的方法。

（二）神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術

在這一技術的應用中，智能化控制技術的作用主要體現(xiàn)在對涵蓋多種性能的神經(jīng)元進行全方位的控制。神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術主要是為了解決復雜的非線性、不確定性、不確知性，在不確定、不確知的環(huán)境中控制問題，從而保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性[2]。該技術通過收集并處置神經(jīng)元的信息，然后向各個子神經(jīng)元的電子設備反饋整理處理的結果，實現(xiàn)指令的傳達。在機械電子工程的實際應用中，神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術是一種十分重要的技術。通過將參數(shù)調整為統(tǒng)一標準，對設備運行的整體流程進行控制，從而減少人工操作，避免出現(xiàn)工作誤差，提升整體工作的精度和安全性。

神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的設計，對于確定性系統(tǒng)和環(huán)境來說，首先要設計控制器，校正對象的特性，確保控制系統(tǒng)達到要求的指標。對于不確定性系統(tǒng)和環(huán)境，要將神經(jīng)網(wǎng)絡做辨識器，在線識別對象模型，由于網(wǎng)絡的學習能力辨識器的參數(shù)可以隨著對象、環(huán)境的變化而進行相應的改變。由神經(jīng)網(wǎng)絡做控制器，其性能隨著對象、環(huán)境的變化而自動適應改變。以往工作人員在進行數(shù)控機床生產(chǎn)的時候，往往由于技術的原因導致切割產(chǎn)品的尺寸不夠精確，從而影響生產(chǎn)效率和產(chǎn)品制成率，而將神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術應用在機械電子工程中，就能夠減少甚至避免數(shù)控機床切割工作中出現(xiàn)的不精確性的情況，可提升機械電子工程的生產(chǎn)安全性。

（三）模糊控制工程

機械電子工程的加工流程比較多，步驟也比較復雜，僅利用傳統(tǒng)的方法去建立模型的難度比較大。針對這一問題，往往采用模糊控制的方法來處理，模糊控制的作用主要是將問題化繁為簡[3]。這兩種方法最主要的區(qū)別在于，傳統(tǒng)方法需要建立一個系統(tǒng)的、清晰的模型，模糊控制工程則不需要對機械工程進行精準化的研究，只需要保證輸入量在正常的偏差限度內。兩種方法相比較下，后者減少了工作的難度，確保了自動化控制效果，因此得到了廣泛應用。目前，模糊控制已經(jīng)被應用于機器人控制、車輛自動駕駛等方面，大大提升了工作效率。

（四）集成自動控制

集成自動控制是目前比較常見的智能控制技術，它是在信息技術的基礎上發(fā)展起來的，因此它也涵蓋各種技術的優(yōu)點，能對各種電子設備進行集成化的管理，從而提高機械電子設備的整體運行效率[4]。

（五）預測控制技術

預測控制技術是目前控制工程中的一項關鍵技術，前瞻性是這項技術最明顯的特點。在機械電子設備的運行中，對設備的工作狀態(tài)進行隨時隨地的監(jiān)控，一旦出現(xiàn)問題可以及時處理，并對可能出現(xiàn)的問題進行預測，預先制定應對方案，確保整個機械電子運行的有效性和穩(wěn)定性[5]。例如，高速壓液機在運行過程中要利用預測控制技術，減少運行過程中的壓力，并在收集數(shù)據(jù)的過程中進行模型的構建，通過連續(xù)的預測判斷設備的承壓能力是否符合相應的要求并制定方案，避免出現(xiàn)誤差。

綜上所述，隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，智能化已經(jīng)被應用于各行各業(yè)，尤其是計算機控制工程技術的提升，更加實現(xiàn)了社會生產(chǎn)力的提升。機械電子工程是社會生產(chǎn)的重要技術，將智能控制技術和機械電子工程相結合，可以更好地提升機械電子工程的工作效率，使整個產(chǎn)品和制造過程更加高效。