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機電一體化中智能控制策略
機電一體化中智能控制策略【1】
摘要：當下，越來越多行業(yè)領(lǐng)域的機械設(shè)備呈現(xiàn)出機電一體化的發(fā)展態(tài)勢，這無疑是實現(xiàn)其自動化、智能化與人性化的一大途徑。
而智能控制作為機電一體化系統(tǒng)的核心技術(shù)，必然會影響其應(yīng)用實效。
故在此結(jié)合智能控制的特點和類型，就其在機電一體化中的應(yīng)用策略加以探討，希望有助于智能控制領(lǐng)域健康發(fā)展，并提高機電一體化的智能化水平。
關(guān)鍵詞：機電一體化;智能控制技術(shù);控制策略;
近年來，融合了多種先進技術(shù)的機電一體化系統(tǒng)得到了蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為社會生產(chǎn)生活創(chuàng)造了極大的便利，這顯然離不開智能控制技術(shù)的重要作用。
因智能控制技術(shù)可有效解決非線性、時變性、多層次性等控制領(lǐng)域的復(fù)雜難題，利于機電一體化系統(tǒng)的可靠運行。
故希望通過對機電一體化中智能控制策略的探討，對推動兩者協(xié)調(diào)發(fā)展有所助益。
1.智能控制技術(shù)綜述
智能控制是目前控制領(lǐng)域的研究重點和熱點，簡單的講，其是以自組織、自適應(yīng)、人機系統(tǒng)、Petri網(wǎng)等智能理論為基礎(chǔ)，以計算機、網(wǎng)絡(luò)通信、控制技術(shù)等為平臺，然后在無人干預(yù)的條件下，由智能機器獨立、自動控制系統(tǒng)設(shè)備完成既定目標[1]。
而智能控制技術(shù)之所以在機電一體化系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，并發(fā)揮著日益重要的作用，與其自身特點有直接關(guān)系，如變結(jié)構(gòu)、非線性較高，核心多為高層控制，任務(wù)要求較為復(fù)雜，控制模型相對不確定，組織功能、適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)功能極強等，這些均為其發(fā)展和應(yīng)用提供了良好契機。
具體而言，當下的智能控制系統(tǒng)主要涉及下述幾類：專家系統(tǒng)，即將專業(yè)知識、控制技能、專家經(jīng)驗等匯集至專門的數(shù)據(jù)庫，然后依據(jù)程序指令進行運行操作(系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示)，相對而言，實用性較好;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即基于神經(jīng)細胞、人工神經(jīng)元等實現(xiàn)分布處理、非線性映射、人工智能模仿等功能，具有較強的自組織、自適應(yīng)和并行處理的特點，在機電一體化中的應(yīng)用最為廣泛;分級控制，即以自組織和自適應(yīng)為前提，實行相對獨立的組織、執(zhí)行、協(xié)調(diào)等控制功能;模糊控制，即專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的集合體，有助于控制技術(shù)智能化和模糊邏輯功能的提高。
2.機電一體化中的智能控制策略
機電一體化為自動化領(lǐng)域發(fā)展創(chuàng)造了良好契機，而智能控制技術(shù)又為機電一體化提供了有力支持，故兩者的融合發(fā)展則為產(chǎn)業(yè)化發(fā)展打下了堅實基礎(chǔ)，故探討機電一體化中的智能控制策略十分必要，下面就其加以重點分析。
2.1.將智能控制應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域
在電力電子領(lǐng)域中引入智能控制技術(shù)，既有利于優(yōu)化電子器件設(shè)計，也有助于節(jié)約設(shè)備運營成本，其中在電流控制技術(shù)中的應(yīng)用最具代表性。
如涵蓋發(fā)電機、電動機、變壓器等在內(nèi)的電機電器設(shè)備，無論是規(guī)劃設(shè)計、投運生產(chǎn)，還是運行控制、日常管理，都具有較強的復(fù)雜性，若引入智能控制技術(shù)，可基于遺傳算法對設(shè)備進行設(shè)計優(yōu)化，可大大節(jié)約計算時間和成本費用，并確保設(shè)計方案科學(xué)先進、經(jīng)濟合理，同時運用模糊專家和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可基于電子設(shè)備運行狀態(tài)實時信息對設(shè)備故障進行快速診斷和控制，進而降低故障影響，確保系統(tǒng)運行安全穩(wěn)定。
2.2.將智能控制應(yīng)用于機械制造領(lǐng)域
機械制造是機電一體化系統(tǒng)的重要構(gòu)成，故其采用智能控制技術(shù)也是必然選擇，如此一來，其便可以通過改善機械設(shè)備的故障自我診斷能力，以提高工作效率和質(zhì)量。
具體的講，就是依托于計算機、信息等技術(shù)工具，動態(tài)模擬制造過程，此時可借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)等智能理論經(jīng)傳感器對采集的信息進行預(yù)處理，結(jié)合Then-If逆向推理用于優(yōu)化控制參數(shù)和模式，針對殘缺不全的數(shù)據(jù)信息，可基于模糊理論借助外環(huán)決策制定合理的控制動作，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)便可憑借較強的學(xué)習(xí)功能對其加以科學(xué)處理，進而提高機械制造控制活動的效率和精度[2]。
目前監(jiān)控、預(yù)報、故障診斷、自我維護以及機械操作、控制與管理的集成是機械制造智能控制的研究熱點。
2.3.將智能控制應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)工程
將智能控制應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程管理中也有其自身的意義所在，那便是有效解決傳統(tǒng)控制模式的復(fù)雜問題，確保工業(yè)生產(chǎn)過程有序開展，但其應(yīng)用一般分為局限級和全局級。
其中智能控制的局限級側(cè)重的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家兩類控制器的智能控制，通常限于為工業(yè)生產(chǎn)過程中局部單元的控制器進行調(diào)整和控制，如參數(shù)整定、自適應(yīng)調(diào)整、處理復(fù)雜的控制問題等[3];而全局級則是相對于整個工業(yè)生產(chǎn)過程而言的，主要用于處理操作異常、診斷控制過程存在的故障等，以便于提高操作工藝的效率和質(zhì)量。
2.4.將智能控制應(yīng)用于數(shù)控相關(guān)領(lǐng)域
信息技術(shù)在蓬勃發(fā)展的同時，也推進了數(shù)控領(lǐng)域與智能控制的相互融合，因為機電一體化的持續(xù)發(fā)展需要更高水平的數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)，而引入智能控制技術(shù)可進一步為其提供重要保障。
如在模具制造、機械加工等數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域中，加工環(huán)境的感知、網(wǎng)絡(luò)通信制造的實現(xiàn)、加工運動的推理等相關(guān)能力是對數(shù)控技術(shù)的高新要求，而融入智能控制技術(shù)，可使其智能編程、監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建等目標變?yōu)楝F(xiàn)實，其中借助模糊控制處理模糊問題用于優(yōu)化機械的加工過程，以及借助專家系統(tǒng)可用于解決不明確的結(jié)構(gòu)問題等已初見成效。
2.5.將智能控制應(yīng)用于機器人系統(tǒng)
機器人是一個充滿不確定性、非線性且十分復(fù)雜的系統(tǒng)，這顯然與智能控制特點相符，故將其應(yīng)用于機器人領(lǐng)域利于其自身優(yōu)勢的彰顯，但從某種意義上說，機器人更是驗證智能控制技術(shù)是否可行的試金石[4]。
其應(yīng)用主要體現(xiàn)為：機器人軌跡規(guī)劃的智能控制策略主要采用了專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用于控制其傳感信息的融合、視覺處理、手臂姿態(tài)、主要動作等，其中在環(huán)境建模、自我定位、監(jiān)控檢測等方面已得到驗證，日后的研究重點在于使其速度、位置、等狀態(tài)變量趨于理想軌跡。
3.機電一體化中智能控制的發(fā)展趨勢
由上可知，專家系統(tǒng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制技術(shù)的應(yīng)用在機電一體化自身性能的完善、工作效率以及安全可靠程度的提高中發(fā)揮了不容忽視的效用，這是毋庸置疑的。
但是在科技力量的推動下，機電一體化會不斷進步和發(fā)展，到時其面臨的環(huán)境會隨之復(fù)雜，遇到的問題也會更多，若智能控制技術(shù)停滯不前。
必將會慘遭淘汰，制約機電一體化的順利發(fā)展，這就要求我們切實做好下述工作。
3.1.探索更為科學(xué)的理論框架
現(xiàn)行的智能控制技術(shù)還存在亟待解決的難題，如局部與整體的隔開、微觀與宏觀的分離、應(yīng)用與理論的脫節(jié)等，可見人工智能控制研究所面臨的實際困難遠遠大于預(yù)期設(shè)想，因此我們應(yīng)積極探索更新的理論架構(gòu)，如規(guī)范描述控制知識和系統(tǒng)的標準，系統(tǒng)、完整的研究智能控制的動態(tài)性、魯棒性、穩(wěn)定性等，以此為大力發(fā)展智能控制技術(shù)奠定有力基礎(chǔ)[5]。
3.2.尋求更為廣闊的發(fā)展空間
智能控制技術(shù)若要取得質(zhì)的突破，就必須找到技術(shù)集成的新方法和新途徑，除了結(jié)合信息、控制、系統(tǒng)等理論外，還應(yīng)進一步加大與計算機圖形學(xué)、過程控制、認知科學(xué)、并行處理、機器人學(xué)等知識的融合力度，唯有如此，才會擁有更高的應(yīng)用價值;在此基礎(chǔ)上，研發(fā)更加完備、成熟、高效的應(yīng)用方法，其中軟件系統(tǒng)尤為關(guān)鍵，要求其可以科學(xué)合理的描述不同的控制過程，設(shè)計的程序語言既通用又具有獨立的任務(wù)等，而應(yīng)用方法則要注重強化對環(huán)境和傳感信息的解釋性能，改善模塊轉(zhuǎn)換、信息識別和處理能力，提高控制的實時性和運行的高效性等。
結(jié)束語：
總之，智能控制在機電一體化中的應(yīng)用有效解決了機械自動化運行這一傳統(tǒng)模式的缺陷和問題，促使控制水平、性能、效率均有顯著提高。
雖然如此，其依然具有較大的提升空間，這就要求我們基于不斷的創(chuàng)新和實踐，積極尋求更為有效的智能控制技術(shù)和方法，以期使其性能更可靠、應(yīng)用更廣泛，進而為機電一體化健康發(fā)展提供有力支持。
參考文獻：
[1] 鄭志堅.管窺機電一體化系統(tǒng)中的智能控制[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013(08).
[2] 徐文龍.論智能控制與機電一體化的有機融合[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012(20).
[3] 孫英.機電一體化智能控制分析[J].科技與企業(yè)，2013(15).
[4] 董勇.機電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用體會[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012(18).
[5] 李文悅.探討機電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2012(25).
智能控制在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用【2】
摘要：在討論機電一體化和智能控制概念與作用的基礎(chǔ)上，重點討論了智能控制在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：智能控制;機電一體化系統(tǒng)
1機電一體化概述
隨著微電子技術(shù)逐漸滲入到機械工程中，導(dǎo)致機械工程與微電子技術(shù)有機結(jié)合，從而形成一個新概念—機電一體化。
機電一體化是一門新興交叉學(xué)科，它把自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、電子技術(shù)及機械技術(shù)有效融為一體，促使設(shè)計人員從系統(tǒng)的角度出發(fā)，采用現(xiàn)代方法發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。
2智能控制
2.1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。
如圖1所示為智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
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行處理，使系統(tǒng)處于最優(yōu)狀態(tài)。
2.2智能控制的特點
智能控制理論源于傳統(tǒng)控制理論，但又不同于傳統(tǒng)控制理論，傳統(tǒng)控制理論只是智能控制理論的一部分。
傳統(tǒng)控制理論研究的是被控對象，而智能控制研究的是控制器本身，并且該控制器的模型為知識系統(tǒng)和數(shù)學(xué)模型相結(jié)合的廣義模型。
相比于其他控制理論與方法，智能控制具有以下特點。
1)智能控制可以模擬工人智能，模擬人的學(xué)習(xí)能力、對知識的運用能力和對問題的推理和求解能力。
2)高層控制是智能控制的核心，智能系統(tǒng)能從全局出發(fā)，求解廣義問題和控制復(fù)雜系統(tǒng)。
3)智能控制系統(tǒng)不僅具有變結(jié)構(gòu)的特點，還具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、判斷決策和較高的容錯能力，從而促使系統(tǒng)處于最優(yōu)
狀態(tài)。
4)智能控制系統(tǒng)具有補償能力。
5)智能控制遵循“智能遞增，精度遞降”的基本原理，具有較高的安全性和可靠性。
3智能控制在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用
3.1智能控制在機器人領(lǐng)域的應(yīng)用
在控制參數(shù)方面，機器人要求控制參數(shù)是多變的;在動力學(xué)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(wù)方面，機器人具有多任務(wù)的要求。
分析機器人和智能控制的特點可以發(fā)現(xiàn)，智能控制非常適合應(yīng)用于機器人領(lǐng)域。
如今，在機器人領(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(fā)展，它們的實用性、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)控制具有很強的魯棒性和容錯功能，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(chǔ)之上。
模糊控制廣泛應(yīng)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(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，對機器人機械控制;在設(shè)計與規(guī)劃機器人路徑的時候主要用到免疫算法，再結(jié)合遺傳算法和進化算法，可以對控制程序和控制技術(shù)進行優(yōu)化。
3.2智能控制在數(shù)控領(lǐng)域的應(yīng)用
智能化是當今數(shù)控系統(tǒng)的一個發(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)的控制方法可以實現(xiàn)，但是數(shù)控系統(tǒng)中的很多環(huán)節(jié)因為缺乏準確的信息，無法通過數(shù)學(xué)建模和傳統(tǒng)的控制方法實現(xiàn)，這時就需要通過智能控制方法和理論實現(xiàn)。
利用模糊推理對數(shù)控機床進行故障診斷，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)進行調(diào)整;利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實現(xiàn)插補計算、故障診斷;利用專家系統(tǒng)可以實現(xiàn)對某些難以確定算法或結(jié)構(gòu)不明確的情況進行推理計算。
另外，利用專家系統(tǒng)對多個數(shù)控機床維修專家的經(jīng)驗進行綜合，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。
3.3智能控制在交流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用
伺服系統(tǒng)是機電一體化典型產(chǎn)品的重要組成部分，它屬于一種轉(zhuǎn)換裝置，通過轉(zhuǎn)換電信號以實現(xiàn)機械操作。
交流伺服系統(tǒng)非常復(fù)雜，由于存在強耦合、負載擾動、參數(shù)時變等諸多不確定因素，所以不可能建立起精確的數(shù)學(xué)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(tǒng)高性能指標的要求。
如果能引入智能控制系統(tǒng)，交流伺服系統(tǒng)將不再需要精確的控制器參數(shù)和數(shù)學(xué)模型就能使系統(tǒng)具有較高的性能指標。
3.4智能控制在機械制造中的應(yīng)用
隨著計算機技術(shù)、智能控制技術(shù)和傳統(tǒng)機械理論的有效結(jié)合和制造機電一體化系統(tǒng)的飛速發(fā)展，機械制造技術(shù)不斷向著智能化方向發(fā)展。
機械制造系統(tǒng)利用智能控制技術(shù)，模擬機械制造專家的智能活動，從而提高制造機電一體化的技術(shù)水平。
要在機械制造中實現(xiàn)智能控制，首先必須結(jié)合機械制造特點不斷發(fā)展與完善智能控制理論、技術(shù)和方法;其次，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)功能和對信息的處理功能，對零部件的加工信息進行處理;最后，利用控制技術(shù)控制機電一體化系統(tǒng)加工機械零部件。
4總結(jié)
智能控制是機電一體化發(fā)展的必然趨勢，控制水平的高低直接影響機電一體化系統(tǒng)的運行質(zhì)量。
智能控制相對于傳統(tǒng)控制具有明顯的優(yōu)越性，目前為止，智能控制已經(jīng)在機電一體化中得到廣泛應(yīng)用，但仍有很大的發(fā)展空間。
因此，為了實現(xiàn)機電一體化系統(tǒng)的高度智能化，我們?nèi)孕璨粩嗯εc探索。
參考文獻
[1]楊明,陸琴.機電一體化的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].農(nóng)機化研究,2006,8:38-40.
[2]晏建新.智能控制在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國科技博覽,2011,30:308.
[3]陳雪梅.機電一體化系統(tǒng)對智能控制的有效應(yīng)用的幾點思考[J].河南科技,2010,14:7.
[4]董勇,謝士敏.機電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用體會[J].數(shù)學(xué)技術(shù)與應(yīng)用,2011,10:93.
[5]王成勤,李威,孟寶星.智能控制及其在機電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機床與液壓,2008,8:280-300.
[6]顧偉軍,彭亦功.智能控制技術(shù)及其應(yīng)用[J].自動化儀表,2006,s1:101-104.
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