王興鑫

摘 要 機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和信息技術(shù)等共同構(gòu)成了機(jī)電一體化系統(tǒng)。該系統(tǒng)是將這些技術(shù)有效融合起來(lái)，并運(yùn)用到實(shí)踐中。隨著當(dāng)前科技的不斷發(fā)展，信息化、智能化技術(shù)已經(jīng)融入到人們的日常工作和生活中。傳統(tǒng)的機(jī)械控制模式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)電行業(yè)的發(fā)展，因此采用智能化控制是機(jī)電一體化發(fā)展的必然趨勢(shì)，相關(guān)研究人員也希望能夠通過(guò)智能控制來(lái)構(gòu)建完善科學(xué)的機(jī)電一體化系統(tǒng)。本文就智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用展開(kāi)了分析和研究，明確該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)所在：一方面可以減少勞動(dòng)力，另一方面還能夠提升機(jī)械控制的穩(wěn)定性和有效性。希望通過(guò)對(duì)智能控制的分析和研究，能夠?yàn)檫M(jìn)一步促進(jìn)智能控制應(yīng)用的發(fā)展提供助益。

關(guān)鍵詞 智能控制 機(jī)電一體化 機(jī)械系統(tǒng) 智能領(lǐng)域

中圖分類(lèi)號(hào)：TH39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2022）03-0016-03

作為一項(xiàng)綜合性的學(xué)科，智能控制包括很多方面，比如自動(dòng)控制、人工智能、信息化理論、機(jī)械理論等等。其中智能控制可以將傳統(tǒng)控制理論的缺陷予以彌補(bǔ)，從而實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜且難度較高的預(yù)期目標(biāo)。智能化控制包括很多方面的技術(shù)，比如：遺傳算法控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊系統(tǒng)控制、專(zhuān)家系統(tǒng)控制、分級(jí)遞階控制、組合智能控制、混沌控制、集成智能控制、小波理論等等。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，最常用的理論為運(yùn)籌學(xué)、人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)和控制理論等。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中融入智能控制能夠有效減少勞動(dòng)力，多數(shù)機(jī)械化的作業(yè)都能夠采用智能控制完成。最近幾年，我國(guó)市場(chǎng)上也出現(xiàn)了很多智能化產(chǎn)品，從當(dāng)前來(lái)看，智能化產(chǎn)品在我國(guó)擁有較大市場(chǎng)，未來(lái)的發(fā)展前景也越來(lái)越好。

1 智能控制

1.1 智能控制的簡(jiǎn)單介紹

在無(wú)人干涉的情況下，能夠自主操作智能機(jī)器并實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的控制，這樣的自動(dòng)控制技術(shù)就是智能控制（intelligent controls）。從發(fā)展之初到目前，控制理論到目前為止已經(jīng)有一百多年的歷史。從一開(kāi)始的經(jīng)典控制理論逐步發(fā)展成為現(xiàn)代控制理論，再到大系統(tǒng)理論和智能控制理論，可以說(shuō)智能控制是智能控制理論的高級(jí)階段。智能控制的思想開(kāi)始于上個(gè)世紀(jì)六十年代，當(dāng)時(shí)學(xué)習(xí)控制的相關(guān)研究極為活躍，因此也開(kāi)發(fā)出諸多研究方式，以此來(lái)解決關(guān)于控制系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題[1]。在1965年，美國(guó)普渡大學(xué)傅京孫（K.S.Fu）教授就率先將AI啟發(fā)推理的規(guī)則應(yīng)用到控制系統(tǒng)中。智能控制理論的研究和應(yīng)用是現(xiàn)代控制理論在深度和廣度方面的拓展。從上個(gè)世紀(jì)八十年代開(kāi)始，信息技術(shù)就開(kāi)始快速發(fā)展起來(lái)，信息技術(shù)和其他技術(shù)不斷融合，其將傳統(tǒng)控制理論中的諸多缺陷一一克服，并以此來(lái)有效控制更為復(fù)雜的系統(tǒng)。

1.2 智能控制與傳統(tǒng)控制的比較

在確定模型的基礎(chǔ)上展開(kāi)的控制就是傳統(tǒng)控制。傳統(tǒng)控制存在諸多弊端，比如針對(duì)工業(yè)過(guò)程中的干擾項(xiàng)無(wú)法有效預(yù)測(cè)，進(jìn)而不能構(gòu)建模型。而這類(lèi)問(wèn)題智能控制都能夠輕松解決，因?yàn)檠芯繉?duì)象模型可以有一定區(qū)間的變動(dòng)。相對(duì)于傳統(tǒng)控制而言，智能控制更接近于人的思維，其擁有足夠多的有關(guān)人的控制方式、控制對(duì)象和控制環(huán)境，并能夠很好的應(yīng)用這些知識(shí)。其一般采用的是能夠以知識(shí)來(lái)表現(xiàn)的非數(shù)學(xué)廣義模型以及用數(shù)學(xué)來(lái)表現(xiàn)的混合控制過(guò)程，采用了定性和定量控制相結(jié)合的多模態(tài)控制方式。智能控制的思路和人類(lèi)思維非常接近，可以說(shuō)其采用的是人腦控制方法來(lái)進(jìn)行有效控制[2]。傳統(tǒng)控制和智能控制的區(qū)別具體

如下：

第一，智能控制也包括傳統(tǒng)控制，可以說(shuō)它是傳統(tǒng)控制的升級(jí)版。相對(duì)于傳統(tǒng)控制而言，智能控制的綜合性更強(qiáng)，對(duì)于系統(tǒng)可以展開(kāi)整體優(yōu)化。從結(jié)構(gòu)層面來(lái)看，智能控制的結(jié)構(gòu)有多種，包括分布式分級(jí)式以及開(kāi)放式，這些結(jié)構(gòu)都要比傳統(tǒng)控制更加先進(jìn)。

第二，智能控制涉及的學(xué)科較多，其在理論系統(tǒng)方面也要比傳統(tǒng)控制更加全面。智能控制系統(tǒng)所包含的知識(shí)面更廣，不管是控制策略，還是控制對(duì)象等相關(guān)知識(shí)及這些知識(shí)的應(yīng)用能力，智能控制系統(tǒng)都具備。其屬于能夠用知識(shí)來(lái)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型以及以數(shù)學(xué)表示的混合控制系統(tǒng)。智能控制的方式主要有開(kāi)閉環(huán)控制以及定性和定量相結(jié)合的控制。

1.3 智能控制所采用的主要方法

從當(dāng)前實(shí)際來(lái)看，智能控制所采用的主要方法有：遺傳算法控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊系統(tǒng)控制、專(zhuān)家系統(tǒng)控制、分級(jí)遞階控制、組合智能控制、混沌控制、集成智能控制、小波理論等等。

1.4 智能控制技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)

機(jī)電控制的傳統(tǒng)理論是智能控制的基礎(chǔ)所在。相對(duì)而言，智能控制較為開(kāi)放，其可以對(duì)相關(guān)信息展開(kāi)綜合性處理。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，采用智能控制技術(shù)能夠更有效地提升相關(guān)技術(shù)[3]。因此，在具體采用智能控制時(shí)，應(yīng)該將眼光放長(zhǎng)遠(yuǎn)，不能夠只局限在系統(tǒng)的自動(dòng)化處理和高度自控方面，應(yīng)該對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)展開(kāi)整體優(yōu)化升級(jí)。

智能化控制所涉及的學(xué)科非常多，包括：運(yùn)籌學(xué)、自動(dòng)控制理論及人工智能技術(shù)等，正因?yàn)槿绱?，所以可以完成諸多較為復(fù)雜的任務(wù)目標(biāo)。這樣的能力是傳統(tǒng)控制法所無(wú)法比較的。

我國(guó)機(jī)電一體化系統(tǒng)發(fā)展較為滯后，但隨著時(shí)代的發(fā)展，該行業(yè)近年來(lái)發(fā)展速度非?？?。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中融入了光學(xué)、通信技術(shù)、微細(xì)加工方法等等先進(jìn)技術(shù)，隨后產(chǎn)生了兩大發(fā)展方向，分別為：光電一體化方向和微機(jī)電一體化方向。隨著該行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，如今，人工智能控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高端科技技術(shù)也開(kāi)始融入到人工智能控制中，這樣就更進(jìn)一步促進(jìn)了機(jī)電一體化的發(fā)展，相關(guān)行業(yè)也獲得了較大進(jìn)步。

2 智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中所起的作用

從當(dāng)前來(lái)看，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，智能控制都進(jìn)行了有效應(yīng)用。在機(jī)械制造中，智能控制主要應(yīng)用的領(lǐng)域?yàn)椋褐悄軅鞲衅髋c智能學(xué)習(xí)，機(jī)械制造系統(tǒng)的智能監(jiān)控和檢測(cè)以及機(jī)械故障智能診斷等。隨著我國(guó)機(jī)電一體化發(fā)展的逐步深入，相關(guān)行業(yè)對(duì)于數(shù)控技術(shù)的要求也越來(lái)越高。因此將智能控制應(yīng)用到機(jī)電一體化數(shù)控技術(shù)中，能夠更快的明確在數(shù)控機(jī)械加工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并及時(shí)解決問(wèn)題，確保數(shù)控機(jī)械加工過(guò)程獲得進(jìn)一步優(yōu)化[4]。

當(dāng)前，我國(guó)社會(huì)在不斷發(fā)展，相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)也在不斷進(jìn)步中。在這樣的大環(huán)境下，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也愈加激烈。對(duì)于諸多企業(yè)而言，其在展開(kāi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)最重要的競(jìng)爭(zhēng)力就是企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和性能，而產(chǎn)品的質(zhì)量與性能則取決于生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)床的精度。隨著人們生活水平的不斷提升，民眾對(duì)于智能化的需求也在不斷提升。正因?yàn)槿绱?，所以將智能控制有效?yīng)用到機(jī)電一體化系統(tǒng)中可以更好地優(yōu)化機(jī)器性能，提升機(jī)床精確度，更好地滿(mǎn)足社會(huì)和民眾的實(shí)際需求。在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，智能控制在不斷融合和發(fā)展，這樣不僅僅能夠?qū)ο嚓P(guān)操作流程予以?xún)?yōu)化，同時(shí)還能夠有效節(jié)省相關(guān)系統(tǒng)操作時(shí)間，使企業(yè)的生產(chǎn)效率獲得進(jìn)一步提升。

3 智能控制技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用

3.1 智能控制在機(jī)械制造過(guò)程中的應(yīng)用

在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，智能控制主要應(yīng)用在機(jī)械制造領(lǐng)域。在該領(lǐng)域，智能控制可以在機(jī)械系統(tǒng)中進(jìn)行模擬專(zhuān)家智能活動(dòng)，這在一定程度上可以有效代替一部分人腦活動(dòng)。因?yàn)橹悄芸刂凭哂猩窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)功能，其可以借助這些功能來(lái)對(duì)機(jī)械制造過(guò)程中的某些行為進(jìn)行有效分析，并能夠智能化地處理相關(guān)問(wèn)題[5]。在機(jī)械制造領(lǐng)域中，很多方面都可以采用智能控制，比如說(shuō)對(duì)機(jī)械故障的智能化診斷、智能學(xué)習(xí)、智能結(jié)論、相關(guān)零部件的可靠性分析、零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)、制造系統(tǒng)監(jiān)控以及智能化檢測(cè)、智能控制加工過(guò)程等等。

3.2 智能控制在交流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用

在機(jī)電一體化的交流伺服系統(tǒng)中，對(duì)智能控制也展開(kāi)了一系列的引用。交流伺服系統(tǒng)是機(jī)電一體化非常重要的一部分，其屬于一種轉(zhuǎn)換部件，主要的功能就是將電信號(hào)轉(zhuǎn)化成為機(jī)械化動(dòng)作。其能夠?qū)ο到y(tǒng)功能、質(zhì)量以及動(dòng)態(tài)性能有決定性作用。在該系統(tǒng)中，智能控制主要發(fā)揮了其電力電子技術(shù)功能，有效地提升了交流調(diào)速系統(tǒng)性能。同時(shí)還能夠確保交流伺服系統(tǒng)積極應(yīng)對(duì)一些不確定的因素。從任務(wù)對(duì)象層面來(lái)看，智能控制比較適合在一些難度高、任務(wù)重的復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)用。其更注重識(shí)別環(huán)境和符號(hào)，設(shè)計(jì)推理結(jié)構(gòu)知識(shí)庫(kù)。這一點(diǎn)和傳統(tǒng)控制有很大區(qū)別，傳統(tǒng)控制更注重的是采用傳遞函數(shù)、動(dòng)力學(xué)方程等來(lái)對(duì)系統(tǒng)展開(kāi)描述。也正因?yàn)槿绱耍栽跈C(jī)電一體化系統(tǒng)中，智能控制應(yīng)用在交流伺服系統(tǒng)中有非常大的作用。

3.3 智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用

在機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)器人領(lǐng)域中，智能控制同樣也被廣泛應(yīng)用。從我國(guó)當(dāng)前現(xiàn)狀來(lái)看，機(jī)器人是我國(guó)智能化科技發(fā)展和創(chuàng)新的主要力量。對(duì)于智能控制而言，其應(yīng)用到機(jī)器人中需要有極為嚴(yán)格和精密的控制。如果采用傳統(tǒng)控制，那么很難實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的完全無(wú)人化，而且在某些方面依然需要采用人工操作，這樣一來(lái)就談不上是智能機(jī)器人[6]。而如果將智能控制應(yīng)用到機(jī)器人領(lǐng)域中，就可以有效改變機(jī)器人在傳統(tǒng)模式中的線(xiàn)性、固定性以及不實(shí)用性的動(dòng)力學(xué)控制，從而實(shí)現(xiàn)非線(xiàn)性、時(shí)變和強(qiáng)耦合，再到控制參數(shù)方面的多變量性，而且可以展開(kāi)多任務(wù)控制。智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用大體有以下三個(gè)方面：

第一，機(jī)器人行進(jìn)線(xiàn)路控制。從目前來(lái)看，針對(duì)機(jī)器人的研究技術(shù)越來(lái)越高，因此機(jī)器人的人工智能化程度也越來(lái)越高。而機(jī)器人的外形以及其行動(dòng)方式都是模仿人類(lèi)，所以具備行走功能的機(jī)器人就需要采用智能控制來(lái)對(duì)掌控行動(dòng)的滾輪角度展開(kāi)監(jiān)測(cè)和調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其行走的目的。一般來(lái)說(shuō)會(huì)先設(shè)定好行動(dòng)路線(xiàn)，且對(duì)集群行動(dòng)線(xiàn)路控制中采用模糊控制，將機(jī)器人的行動(dòng)誤差控制在一定范圍內(nèi)，確保其行走的準(zhǔn)確性。第二，機(jī)器人行動(dòng)計(jì)劃控制。一般智能化機(jī)器人在行動(dòng)過(guò)程中需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)對(duì)其處在的位置展開(kāi)判斷，因此智能控制應(yīng)該先設(shè)定好智能機(jī)器人的行動(dòng)路線(xiàn)，并在確保路線(xiàn)恒定的情況下展開(kāi)分布式行動(dòng)控制，這樣就能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的障礙物避讓功能，使智能機(jī)器人行為更加協(xié)調(diào)。第三，有效實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人的思考功能。當(dāng)前已經(jīng)有一部分專(zhuān)家學(xué)者針對(duì)機(jī)器人的思考功能展開(kāi)研究，他們希望能夠研究出一種能夠在亞原子狀態(tài)下運(yùn)行的電子芯片，并通過(guò)芯片的運(yùn)算能力來(lái)對(duì)目前機(jī)器人存在的處理器運(yùn)算速度不足的問(wèn)題予以解決。通過(guò)智能控制，使機(jī)器人模仿人類(lèi)大腦，對(duì)需要的數(shù)據(jù)展開(kāi)快速搜索并進(jìn)行判斷，最終獲得最佳的方案，這樣就成功模擬了機(jī)器人的類(lèi)人類(lèi)思維。

從某種意義上來(lái)說(shuō)，機(jī)器人對(duì)于智能控制的需求是必然的，也是極為龐大的。它的每一個(gè)部分和每一項(xiàng)功能都需要智能控制的參與。比如說(shuō)，機(jī)器人的行走路徑、機(jī)器人定位、環(huán)境建模以及檢測(cè)等等。

3.4 智能控制在數(shù)控領(lǐng)域的應(yīng)用

在機(jī)電一體化系統(tǒng)的數(shù)控領(lǐng)域方面，智能控制應(yīng)用也較為廣泛。數(shù)控系統(tǒng)需要達(dá)到高速性、高精確度以及高可靠性，且需要展開(kāi)高效處理拓展和模擬智能行為等功能。比如說(shuō)能夠確保數(shù)控系統(tǒng)擁有感知加工環(huán)境、規(guī)劃能力以及自主學(xué)習(xí)和組織能力等類(lèi)人類(lèi)的智能行為。從當(dāng)前來(lái)看，在數(shù)控系統(tǒng)中，最核心的技術(shù)就是可以構(gòu)建一個(gè)清晰的數(shù)學(xué)模型[7]。為了能夠進(jìn)一步體現(xiàn)出數(shù)控功能，智能系統(tǒng)也逐步引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)中。通過(guò)智能控制中的模糊控制，能夠進(jìn)一步對(duì)數(shù)控領(lǐng)域中的控制加工予以?xún)?yōu)化。通過(guò)智能控制中的模糊推理規(guī)劃功能，可以有效診斷數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)的問(wèn)題和故障。另外，智能控制還能夠?qū)C(jī)器人系統(tǒng)能力進(jìn)行優(yōu)化。機(jī)器人系統(tǒng)是將多項(xiàng)智能系統(tǒng)組合在一起，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和人類(lèi)相似的目標(biāo)，其擁有一定的智能性，因此也需要有效融入智能控制。在數(shù)控領(lǐng)域中，智能控制在很多方面都有應(yīng)用，因此需要我們對(duì)其展開(kāi)進(jìn)一步探索，使其能夠在應(yīng)用過(guò)程中提升效率。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上可以明確，隨著當(dāng)前科技和社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展，智能控制技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)的諸多領(lǐng)域中獲得極為普遍的應(yīng)用，特別是在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，智能控制已經(jīng)成為該系統(tǒng)運(yùn)行和發(fā)展中不可或缺的一項(xiàng)技術(shù)。其在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用極為廣泛，比如說(shuō)數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)以及機(jī)器制造系統(tǒng)等等。因?yàn)樵诠I(yè)生產(chǎn)中，機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，且重要程度也在不斷提升。在這種外部大環(huán)境之下，傳統(tǒng)控制已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展。因此，智能控制應(yīng)用到該系統(tǒng)中才能夠促進(jìn)其能力有效發(fā)揮出來(lái)，進(jìn)而為我國(guó)社會(huì)主義建設(shè)貢獻(xiàn)更大的力量。

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