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机电一体化中智能控制策略
机电一体化中智能控制策略【1】
摘要：当下，越来越多行业领域的机械设备呈现出机电一体化的发展态势，这无疑是实现其自动化、智能化与人性化的一大途径。
而智能控制作为机电一体化系统的核心技术，必然会影响其应用实效。
故在此结合智能控制的特点和类型，就其在机电一体化中的应用策略加以探讨，希望有助于智能控制领域健康发展，并提高机电一体化的智能化水平。
关键词：机电一体化;智能控制技术;控制策略;
近年来，融合了多种先进技术的机电一体化系统得到了蓬勃发展和广泛应用，为社会生产生活创造了极大的便利，这显然离不开智能控制技术的重要作用。
因智能控制技术可有效解决非线性、时变性、多层次性等控制领域的复杂难题，利于机电一体化系统的可靠运行。
故希望通过对机电一体化中智能控制策略的探讨，对推动两者协调发展有所助益。
1.智能控制技术综述
智能控制是目前控制领域的研究重点和热点，简单的讲，其是以自组织、自适应、人机系统、Petri网等智能理论为基础，以计算机、网络通信、控制技术等为平台，然后在无人干预的条件下，由智能机器独立、自动控制系统设备完成既定目标[1]。
而智能控制技术之所以在机电一体化系统中广泛应用，并发挥着日益重要的作用，与其自身特点有直接关系，如变结构、非线性较高，核心多为高层控制，任务要求较为复杂，控制模型相对不确定，组织功能、适应能力、学习功能极强等，这些均为其发展和应用提供了良好契机。
具体而言，当下的智能控制系统主要涉及下述几类：专家系统，即将专业知识、控制技能、专家经验等汇集至专门的数据库，然后依据程序指令进行运行操作(系统结构如图1所示)，相对而言，实用性较好;神经网络系统，即基于神经细胞、人工神经元等实现分布处理、非线性映射、人工智能模仿等功能，具有较强的自组织、自适应和并行处理的特点，在机电一体化中的应用最为广泛;分级控制，即以自组织和自适应为前提，实行相对独立的组织、执行、协调等控制功能;模糊控制，即专家系统和神经网络系统的集合体，有助于控制技术智能化和模糊逻辑功能的提高。
2.机电一体化中的智能控制策略
机电一体化为自动化领域发展创造了良好契机，而智能控制技术又为机电一体化提供了有力支持，故两者的融合发展则为产业化发展打下了坚实基础，故探讨机电一体化中的智能控制策略十分必要，下面就其加以重点分析。
2.1.将智能控制应用于电力电子领域
在电力电子领域中引入智能控制技术，既有利于优化电子器件设计，也有助于节约设备运营成本，其中在电流控制技术中的应用最具代表性。
如涵盖发电机、电动机、变压器等在内的电机电器设备，无论是规划设计、投运生产，还是运行控制、日常管理，都具有较强的复杂性，若引入智能控制技术，可基于遗传算法对设备进行设计优化，可大大节约计算时间和成本费用，并确保设计方案科学先进、经济合理，同时运用模糊专家和神经网络系统，可基于电子设备运行状态实时信息对设备故障进行快速诊断和控制，进而降低故障影响，确保系统运行安全稳定。
2.2.将智能控制应用于机械制造领域
机械制造是机电一体化系统的重要构成，故其采用智能控制技术也是必然选择，如此一来，其便可以通过改善机械设备的故障自我诊断能力，以提高工作效率和质量。
具体的讲，就是依托于计算机、信息等技术工具，动态模拟制造过程，此时可借助神经网络、模糊数学等智能理论经传感器对采集的信息进行预处理，结合Then-If逆向推理用于优化控制参数和模式，针对残缺不全的数据信息，可基于模糊理论借助外环决策制定合理的控制动作，如神经网络系统便可凭借较强的学习功能对其加以科学处理，进而提高机械制造控制活动的效率和精度[2]。
目前监控、预报、故障诊断、自我维护以及机械操作、控制与管理的集成是机械制造智能控制的研究热点。
2.3.将智能控制应用于工业生产工程
将智能控制应用于工业生产过程管理中也有其自身的意义所在，那便是有效解决传统控制模式的复杂问题，确保工业生产过程有序开展，但其应用一般分为局限级和全局级。
其中智能控制的局限级侧重的是神经网络和专家两类控制器的智能控制，通常限于为工业生产过程中局部单元的控制器进行调整和控制，如参数整定、自适应调整、处理复杂的控制问题等[3];而全局级则是相对于整个工业生产过程而言的，主要用于处理操作异常、诊断控制过程存在的故障等，以便于提高操作工艺的效率和质量。
2.4.将智能控制应用于数控相关领域
信息技术在蓬勃发展的同时，也推进了数控领域与智能控制的相互融合，因为机电一体化的持续发展需要更高水平的数控技术为基础，而引入智能控制技术可进一步为其提供重要保障。
如在模具制造、机械加工等数控技术领域中，加工环境的感知、网络通信制造的实现、加工运动的推理等相关能力是对数控技术的高新要求，而融入智能控制技术，可使其智能编程、监控、数据库构建等目标变为现实，其中借助模糊控制处理模糊问题用于优化机械的加工过程，以及借助专家系统可用于解决不明确的结构问题等已初见成效。
2.5.将智能控制应用于机器人系统
机器人是一个充满不确定性、非线性且十分复杂的系统，这显然与智能控制特点相符，故将其应用于机器人领域利于其自身优势的彰显，但从某种意义上说，机器人更是验证智能控制技术是否可行的试金石[4]。
其应用主要体现为：机器人轨迹规划的智能控制策略主要采用了专家系统、模糊系统和神经网络系统，用于控制其传感信息的融合、视觉处理、手臂姿态、主要动作等，其中在环境建模、自我定位、监控检测等方面已得到验证，日后的研究重点在于使其速度、位置、等状态变量趋于理想轨迹。
3.机电一体化中智能控制的发展趋势
由上可知，专家系统、模糊控制、神经网络等智能控制技术的应用在机电一体化自身性能的完善、工作效率以及安全可靠程度的提高中发挥了不容忽视的效用，这是毋庸置疑的。
但是在科技力量的推动下，机电一体化会不断进步和发展，到时其面临的环境会随之复杂，遇到的问题也会更多，若智能控制技术停滞不前。
必将会惨遭淘汰，制约机电一体化的顺利发展，这就要求我们切实做好下述工作。
3.1.探索更为科学的理论框架
现行的智能控制技术还存在亟待解决的难题，如局部与整体的隔开、微观与宏观的分离、应用与理论的脱节等，可见人工智能控制研究所面临的实际困难远远大于预期设想，因此我们应积极探索更新的理论架构，如规范描述控制知识和系统的标准，系统、完整的研究智能控制的动态性、鲁棒性、稳定性等，以此为大力发展智能控制技术奠定有力基础[5]。
3.2.寻求更为广阔的发展空间
智能控制技术若要取得质的突破，就必须找到技术集成的新方法和新途径，除了结合信息、控制、系统等理论外，还应进一步加大与计算机图形学、过程控制、认知科学、并行处理、机器人学等知识的融合力度，唯有如此，才会拥有更高的应用价值;在此基础上，研发更加完备、成熟、高效的应用方法，其中软件系统尤为关键，要求其可以科学合理的描述不同的控制过程，设计的程序语言既通用又具有独立的任务等，而应用方法则要注重强化对环境和传感信息的解释性能，改善模块转换、信息识别和处理能力，提高控制的实时性和运行的高效性等。
结束语：
总之，智能控制在机电一体化中的应用有效解决了机械自动化运行这一传统模式的缺陷和问题，促使控制水平、性能、效率均有显著提高。
虽然如此，其依然具有较大的提升空间，这就要求我们基于不断的创新和实践，积极寻求更为有效的智能控制技术和方法，以期使其性能更可靠、应用更广泛，进而为机电一体化健康发展提供有力支持。
参考文献：
[1] 郑志坚.管窥机电一体化系统中的智能控制[J].科技创新与应用，2013(08).
[2] 徐文龙.论智能控制与机电一体化的有机融合[J].科技创新与应用，2012(20).
[3] 孙英.机电一体化智能控制分析[J].科技与企业，2013(15).
[4] 董勇.机电一体化系统中智能控制的应用体会[J].数字技术与应用，2012(18).
[5] 李文悦.探讨机电一体化系统中智能控制的应用[J].黑龙江科技信息，2012(25).
智能控制在机电一体化系统中的应用【2】
摘要：在讨论机电一体化和智能控制概念与作用的基础上，重点讨论了智能控制在机电一体化系统中的应用。
关键词：智能控制;机电一体化系统
1机电一体化概述
随着微电子技术逐渐渗入到机械工程中，导致机械工程与微电子技术有机结合，从而形成一个新概念—机电一体化。
机电一体化是一门新兴交叉学科，它把自动控制技术、计算机技术、电子技术及机械技术有效融为一体，促使设计人员从系统的角度出发，采用现代方法发现问题、分析问题和解决问题。
2智能控制
2.1智能控制概念及作用
智能控制系统是指能够模拟人工智能或具有人工智能的系统。
智能控制系统是一个知识处理系统，可以分为两部分：智能控制器和外部环境。
如图1所示为智能控制系统的结构示意图。
智能控制通过分析归纳广义被控对象的各类固有知识和信息，并对这些知识和信息进行处理，使系统处于最优状态。
2.2智能控制的特点
智能控制理论源于传统控制理论，但又不同于传统控制理论，传统控制理论只是智能控制理论的一部分。
传统控制理论研究的是被控对象，而智能控制研究的是控制器本身，并且该控制器的模型为知识系统和数学模型相结合的广义模型。
相比于其他控制理论与方法，智能控制具有以下特点。
1)智能控制可以模拟工人智能，模拟人的学习能力、对知识的运用能力和对问题的推理和求解能力。
2)高层控制是智能控制的核心，智能系统能从全局出发，求解广义问题和控制复杂系统。
3)智能控制系统不仅具有变结构的特点，还具有自学习、自适应、判断决策和较高的容错能力，从而促使系统处于最优
状态。
4)智能控制系统具有补偿能力。
5)智能控制遵循“智能递增，精度递降”的基本原理，具有较高的安全性和可靠性。
3智能控制在机电一体化系统中的应用
3.1智能控制在机器人领域的应用
在控制参数方面，机器人要求控制参数是多变的;在动力学方面，机器人具有时变性、非线性和强耦合的要求;在传感器信息方面，机器人具有多信息要求;在控制任务方面，机器人具有多任务的要求。
分析机器人和智能控制的特点可以发现，智能控制非常适合应用于机器人领域。
如今，在机器人领域的很多方面都应用了智能控制技术。
例如，利用智能控制技术可以有效控制机器人手臂的动作、姿态;利用多传感器信息融合技术、信息处理技术和控制技术对机器人的行走路径、停留位置和躲避障碍物等动作进行控制。
随着智能控制方法的不断发展，它们的实用性、可靠性和优越性已经在很多应用系统中得到证明。
神经网络控制具有很强的鲁棒性和容错功能，通过利用神经元之间的联结和权值的分布表示特定的信息，并对各传感器接受到的信息进行处理，最后以直接自校正控制等方式对机器人进行控制;模糊控制具有很强的鲁棒性，建立在模糊集合、模糊推理和模糊语言变量的基础之上。
模糊控制广泛应用于机器人的建模、控制等很多方面。
模糊控制首先对被控对进行建模，在同时考虑控制规则和模糊变量的隶属度函数的基础上，利用模糊控制器，对机器人机械控制;在设计与规划机器人路径的时候主要用到免疫算法，再结合遗传算法和进化算法，可以对控制程序和控制技术进行优化。
3.2智能控制在数控领域的应用
智能化是当今数控系统的一个发展趋势，随着科学技术的发展，人们对加工质量提出了更高的要求，尤其是在数控领域应用智能控制成为人们越来越迫切的要求，如对制造网络通行能力、加工运动的模拟、推理和决策能力、智能编程、智能监控、自寻优等功能的要求。
数控系统中的某些模块通过数学建模及传统的控制方法可以实现，但是数控系统中的很多环节因为缺乏准确的信息，无法通过数学建模和传统的控制方法实现，这时就需要通过智能控制方法和理论实现。
利用模糊推理对数控机床进行故障诊断，利用模糊控制优化加工过程，利用模糊集合理论对某些控制参数进行调整;利用神经网络技术可以实现插补计算、故障诊断;利用专家系统可以实现对某些难以确定算法或结构不明确的情况进行推理计算。
另外，利用专家系统对多个数控机床维修专家的经验进行综合，并收集现场故障信息，再根据合理的推理规则，结合故障情况提出相应的维修意见。
3.3智能控制在交流伺服系统中的应用
伺服系统是机电一体化典型产品的重要组成部分，它属于一种转换装置，通过转换电信号以实现机械操作。
交流伺服系统非常复杂，由于存在强耦合、负载扰动、参数时变等诸多不确定因素，所以不可能建立起精确的数学模型，只能建立起与实际情况相近的模型，该模型难以满足某些厂家对系统高性能指标的要求。
如果能引入智能控制系统，交流伺服系统将不再需要精确的控制器参数和数学模型就能使系统具有较高的性能指标。
3.4智能控制在机械制造中的应用
随着计算机技术、智能控制技术和传统机械理论的有效结合和制造机电一体化系统的飞速发展，机械制造技术不断向着智能化方向发展。
机械制造系统利用智能控制技术，模拟机械制造专家的智能活动，从而提高制造机电一体化的技术水平。
要在机械制造中实现智能控制，首先必须结合机械制造特点不断发展与完善智能控制理论、技术和方法;其次，利用神经网络的学习功能和对信息的处理功能，对零部件的加工信息进行处理;最后，利用控制技术控制机电一体化系统加工机械零部件。
4总结
智能控制是机电一体化发展的必然趋势，控制水平的高低直接影响机电一体化系统的运行质量。
智能控制相对于传统控制具有明显的优越性，目前为止，智能控制已经在机电一体化中得到广泛应用，但仍有很大的发展空间。
因此，为了实现机电一体化系统的高度智能化，我们仍需不断努力与探索。
参考文献
[1]杨明,陆琴.机电一体化的研究现状与发展趋势[J].农机化研究,2006,8:38-40.
[2]晏建新.智能控制在机电一体化系统中的应用[J].中国科技博览,2011,30:308.
[3]陈雪梅.机电一体化系统对智能控制的有效应用的几点思考[J].河南科技,2010,14:7.
[4]董勇,谢士敏.机电一体化系统中智能控制的应用体会[J].数学技术与应用,2011,10:93.
[5]王成勤,李威,孟宝星.智能控制及其在机电一体化系统中的应用[J].机床与液压,2008,8:280-300.
[6]顾伟军,彭亦功.智能控制技术及其应用[J].自动化仪表,2006,s1:101-104.
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