機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用論述

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用論述機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用論述摘要：隨著微電子技術(shù)及超大規(guī)模的集成電路的發(fā)展，我國(guó)的 機(jī)電一體化技術(shù)越來(lái)越成熟，對(duì)智能控制系統(tǒng)方面的研究也越來(lái)越深 入，不管是在現(xiàn)代機(jī)械上還是在傳統(tǒng)機(jī)械上， 機(jī)電一體化技術(shù)非常順 利地實(shí)現(xiàn)了智能化的控制，在工業(yè)與農(nóng)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著至關(guān)重要的 作用。本文將從智能系統(tǒng)與機(jī)電一體化的角度出發(fā)， 研究機(jī)電一體化 系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化 智能控制 應(yīng)用 研究中圖分類號(hào)：TH-39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1智能控制理論和系統(tǒng)概要所謂智能控制，就是指在無(wú)人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動(dòng)智能機(jī) 器實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)的自動(dòng)控制技術(shù)，是用

2、計(jì)算機(jī)模擬人類智能的一個(gè)重 要領(lǐng)域。傳統(tǒng)的控制只是智能控制中的一個(gè)組成部分，是智能控制最底層的階段。智能控制是由多個(gè)學(xué)科相互交叉所形成的學(xué)科， 它的理 論基礎(chǔ)包括信息論、自動(dòng)控制論、運(yùn)籌學(xué)及人工智能等內(nèi)容?？刂评碚摻?jīng)歷了反饋并傳遞函數(shù)的古典控制理論，到分析狀態(tài)空 間的現(xiàn)代控制理論，再到綜合了自動(dòng)控制、人工智能、信息論、運(yùn)籌 學(xué)等關(guān)于優(yōu)化調(diào)控方式理論學(xué)科形成的智能控制理論三個(gè)階段，而智能控制理論是控制理論發(fā)展至今的最高階段。智能控制理論解決了傳 統(tǒng)控制理論的缺陷和問題，對(duì)傳統(tǒng)控制理論無(wú)法實(shí)行控制的復(fù)雜系統(tǒng) 采用分布式以及開放式結(jié)構(gòu)解決機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制難題。智能控制系統(tǒng)集合了多項(xiàng)控制技術(shù)，主要

3、分為外部環(huán)境與控制器。外部環(huán)境 將通過傳感器與執(zhí)行器感應(yīng)并判斷的可能影響系統(tǒng)控制的一切外界 因素信息傳輸?shù)娇刂破?。而智能控制器將外部環(huán)境傳遞過來(lái)的信息通 過分析、評(píng)價(jià)、處理并規(guī)劃所要應(yīng)用的控制決策的同時(shí)將信息存入系 統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，為以后的認(rèn)知學(xué)習(xí)提供素材。智能控制具有以下特征：一是智能控制的核心在高層控制； 二是 智能控制器具有非線性特性；三是智能控制具有變結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；四是智 能控制器具有總體自尋優(yōu)特性；五是智能控制系統(tǒng)應(yīng)能滿足多樣性目 標(biāo)的高性能要求；六是智能控制是一門邊緣交叉學(xué)科；七是智能控制 是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域。2智能控制與傳統(tǒng)控制的區(qū)別(1)智能控制是對(duì)傳統(tǒng)控制理論的延伸和發(fā)展，智能控制在

4、傳 統(tǒng)控制的基礎(chǔ)上發(fā)展出更高效的控制技術(shù)。智能控制系統(tǒng)運(yùn)用分布式 及開放式結(jié)構(gòu)綜合、系統(tǒng)地進(jìn)行信息處理，并不只是達(dá)到對(duì)系統(tǒng)某些 方面高度自治的要求，而是讓系統(tǒng)做到統(tǒng)籌全局的整體優(yōu)化。(2)智能控制綜合了很多有關(guān)調(diào)控方式理論知識(shí)的學(xué)科，與傳 統(tǒng)控制理論將反饋控制理論作為核心的理論體系相比， 智能控制理論 以自動(dòng)控制理論、人工智能理論、運(yùn)籌學(xué)、信息論的交叉為基礎(chǔ)。(3)傳統(tǒng)控制只是解決單一的、線性的控制問題，與之相比， 智能控制解決了傳統(tǒng)控制無(wú)法解決的問題， 通常是將多層次的、有不 確定性的模型、時(shí)變性、非線性等復(fù)雜任務(wù)作為主要控制對(duì)象。(4)傳統(tǒng)控制通過運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、動(dòng)力學(xué)方程及傳遞函數(shù)等數(shù)學(xué) 模

5、型來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)描述。相較而言，智能控制系統(tǒng)把對(duì)數(shù)學(xué)模型的描述、 對(duì)符號(hào)和環(huán)境的識(shí)別以及數(shù)據(jù)庫(kù)和推力器的設(shè)計(jì)等方面設(shè)為重點(diǎn)。(5)傳統(tǒng)控制由不同的定理和定律獲取所需知識(shí)，而智能控制 則通過學(xué)習(xí)專家經(jīng)驗(yàn)來(lái)獲取所需的知識(shí)。 智能控制系統(tǒng)可以較好的運(yùn) 用相關(guān)被控對(duì)象和人的控制策略以及被控環(huán)境的知識(shí)，因此智能控制系統(tǒng)可以模擬或模仿人的智能。3智能控制系統(tǒng)的類別3.1 專家控制系統(tǒng)專家控制系統(tǒng)是在把人的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和技能匯集在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中 后按照相應(yīng)的指令程序來(lái)操作運(yùn)行的控制系統(tǒng)， 其所涵蓋的諸多理論 知識(shí)在智能控制實(shí)行實(shí)際任務(wù)時(shí)發(fā)揮了很大作用， 提高了控制系統(tǒng)的 應(yīng)用性能。3.2 分級(jí)遞階智能控制系統(tǒng)分級(jí)遞

6、階智能控制系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為分級(jí)控制系統(tǒng)， 它是在自組織控制 及自適應(yīng)控制的基礎(chǔ)上通過所關(guān)聯(lián)的組織級(jí)、 執(zhí)行級(jí)以及協(xié)調(diào)級(jí)發(fā)揮 的作用實(shí)行運(yùn)行的。3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中應(yīng) 用最為廣泛的，它通過運(yùn)用人工神經(jīng)元、神經(jīng)細(xì)胞等構(gòu)成的模式來(lái)實(shí) 行其非線性映射、分布處理、模仿人的智能等主要功能的發(fā)揮，具有 自適應(yīng)控制、自組織控制以及大幅度并行處理等優(yōu)勢(shì)。3.4 模糊控制系統(tǒng)模糊控制系統(tǒng)主要包括專家模糊控制以及以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的 模糊控制。專家模糊控制能夠充分表達(dá)并利用實(shí)行控制所需的多層次 知識(shí)，提高了控制技術(shù)的智能。而以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的模糊控制利用 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)行模

7、糊控制的規(guī)則或推理以實(shí)現(xiàn)模糊邏輯控制的功能。3.5 PLC控制系統(tǒng)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的編程模式主要以梯形圖為主， 操作的難度較 低，因此很容易被操作人員所掌握，而且其自身設(shè)計(jì)的控制方案往往 都十分簡(jiǎn)單，對(duì)日常運(yùn)行和維護(hù)方面的要求不高， 與當(dāng)前我國(guó)工業(yè)生 產(chǎn)自動(dòng)控制技術(shù)的要求很適合。另外，PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)本身的體積 較小，在拆卸和連接方面具有較為靈活的特點(diǎn)， 能夠在不同的場(chǎng)合進(jìn) 行應(yīng)用。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用 PLC技術(shù)，利用梯形圖編程方式對(duì) 傳統(tǒng)的繼電器控制進(jìn)行替代，同時(shí)通過內(nèi)存和程序編制來(lái)完成對(duì)機(jī)電 設(shè)備的邏輯控制，能夠使控制效率極大的提升，與輸出設(shè)備連接后便 能實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的整體控制。因

8、此，在機(jī)電控制中應(yīng)用PLC技術(shù)，不僅能夠有效地節(jié)約控制系統(tǒng)的所占的空間， 同時(shí)也有效地提升控制 系統(tǒng)的工總效率，使用一臺(tái) PLC控制系統(tǒng)便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)機(jī)電系 統(tǒng)的控制，而且能夠滿足連續(xù)控制要求，從這一方面來(lái)說，PLC技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了能源和資源的節(jié)約，提升了效率。4智能控制在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用4.1 智能控制在機(jī)械制造過程中的應(yīng)用機(jī)械制造是機(jī)電一體化系統(tǒng)中的重要組成部分， 當(dāng)前最先進(jìn)的機(jī) 械制造技術(shù)就是將智能控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有機(jī)結(jié)合，向智能機(jī)械制造技術(shù)的方向發(fā)展。其最終目標(biāo)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)取代 一部分腦力勞動(dòng)，從而模擬人類制造機(jī)械的活動(dòng)。同時(shí)，智能控制技術(shù)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊系

9、統(tǒng)計(jì)算的方法對(duì)機(jī)械制造的現(xiàn)狀進(jìn)行動(dòng)態(tài) 地模擬，通過傳感器融合技術(shù)將采集的信息進(jìn)行預(yù)處理， 從而修改控 制模式中的參數(shù)數(shù)據(jù)。在此過程中利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的并行處理與 學(xué)習(xí)功能將一些殘缺不全的信息進(jìn)行有效處理， 利用模糊系統(tǒng)所特有 的模糊關(guān)系與模糊集合等特征，可以將一些模糊的信息集合到閉環(huán)控 制中的外環(huán)決策機(jī)構(gòu)來(lái)選取相應(yīng)的控制動(dòng)作。智能控制在機(jī)械制造中 的應(yīng)用領(lǐng)域包括：機(jī)械故障智能診斷、機(jī)械制造系統(tǒng)的智能監(jiān)控與檢 測(cè)、智能傳感器及智能學(xué)習(xí)等。4.2 智能控制在數(shù)控領(lǐng)域中的應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展對(duì)數(shù)控技術(shù) 提出了更高的要求，不僅需要完成很多的智能功能，還需要擴(kuò)展、模 擬、

10、延伸等新的智能功能，從而使得數(shù)控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)智能編程、智 能監(jiān)控、建立智能數(shù)據(jù)庫(kù)等目標(biāo)，運(yùn)用智能控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這些目 標(biāo)。比如說，利用專家系統(tǒng)可以數(shù)控領(lǐng)域中難以確定算法與結(jié)構(gòu)不明 確的一些問題進(jìn)行綜合處理，再運(yùn)用推理規(guī)則將數(shù)控現(xiàn)場(chǎng)的一些數(shù)控 故障信息進(jìn)行推理，從而獲得維修數(shù)控機(jī)械的一些指導(dǎo)性建議； 利用 模糊系統(tǒng)技術(shù)可以將數(shù)控機(jī)械的加工過程進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)一些模糊的參 數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而更加清晰地發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)械出現(xiàn)的故障， 并找出相應(yīng) 的解決措施。4.3 智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用機(jī)器人所具有非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)變性的特征主要體現(xiàn)在動(dòng)力系 統(tǒng)中，在控制參數(shù)的系統(tǒng)中機(jī)器人具有多任務(wù)及多邊變性的特征，這

11、些特征適合智能控制技術(shù)的應(yīng)用。當(dāng)前智能控制技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域中 的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是機(jī)器人手臂姿態(tài)及動(dòng)作的智能 控制；二是機(jī)器人在多傳感器信息融合與視覺處理方面的智能控制； 三是機(jī)器人在行走路徑與行走軌跡跟蹤方面的智能控制；四是通過模糊系統(tǒng)及專家控制系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)環(huán)境進(jìn)行定位、監(jiān)測(cè)、建模及規(guī)劃控制等方面的探究。4.4 智能控制在建筑工程中的應(yīng)用智能控制在建筑工程中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是智能控制在建筑物照明系統(tǒng)中的應(yīng)用，它主要通過通信與計(jì)算機(jī)控制的 聯(lián)網(wǎng)，對(duì)每一個(gè)時(shí)段的照明系統(tǒng)進(jìn)行控制，主要表現(xiàn)在對(duì)照明時(shí)間、 照明系統(tǒng)的節(jié)能、照明邏輯方面的智能控制；二是對(duì)建筑物內(nèi)的空調(diào) 進(jìn)行智能控制，通過比例積分調(diào)節(jié)器閉環(huán)的方式對(duì)空調(diào)在夏季與冬季 使用時(shí)的模式進(jìn)行設(shè)置，可以智能地調(diào)節(jié)空調(diào)的風(fēng)閥，在確保建筑內(nèi) 空氣質(zhì)量的同時(shí)，減少能量的浪費(fèi)。5結(jié)束語(yǔ)機(jī)電一體化系統(tǒng)應(yīng)用智能控制技術(shù)改變了傳統(tǒng)的機(jī)械自動(dòng)化運(yùn) 行模式，智能控制是在社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)同步發(fā)