淺析智能控制及其在機電一體化系統中的應用

　　【摘要】在如今科技不斷發(fā)展的社會(huì )里，機電一體化技術(shù)得到了進(jìn)一步的應用和推廣。目前，智能控制開(kāi)始廣泛地應用于工業(yè)、機械制造、電力電子學(xué)等研究領(lǐng)域，在機電一體化系統中，智能控制也有著(zhù)非常廣泛的使用。本文重點(diǎn)講述智能控制系統的種類(lèi)和優(yōu)勢，并對當下使用的智能控制系統進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述，最后探討了智能控制在機電一體化應用的效果。

　　【關(guān)鍵詞】智能控制;機電一體化;應用

　　Abstract continuous development of science and technology in today's society, electromechanical integration technology has been further application and promotion. At present, intelligent control research began widely used in industry, machinery manufacturing, power electronics, etc., in mechatronic systems, intelligent control also has a very widely used. This article focuses on the types and advantages of intelligent control systems, intelligent control systems and the current use of a simple exposition, and finally discusses the effect of intelligent control in mechatronic applications.

　　Key words intelligent control; electromechanical integration; application

　　機電一體化技術(shù)是指將機械技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)融合在一塊的并且用于實(shí)際的綜合技術(shù)。隨著(zhù)機電一體化的發(fā)展，機電一體化系統對控制的技術(shù)水平要求越來(lái)越高，原來(lái)的控制技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足機電一體化系統的要求，因此，人們開(kāi)始將目光投向發(fā)展比較迅速的智能控制，期望通過(guò)智能控制，達到機電一體化系統的控制目的。因此，本文將分析智能控制的特點(diǎn)和主要方法，探討智能控制如何在機電一體化系統中得到應用，從而更好地實(shí)現對機電一體化系統的控制。

　　1.智能控制

　　1.1 簡(jiǎn)單介紹

　　智能控制(intelligent controls)在無(wú)人干預的情況下能自主地驅動(dòng)智能機器實(shí)現控制目標的自動(dòng)控制技術(shù)�？刂评碚摪l(fā)展至今已有100多年的歷史，經(jīng)歷了“經(jīng)典控制理論”和“現代控制理論”的發(fā)展階段，已進(jìn)入“大系統理論”和“智能控制理論”階段。智能控制理論的研究和應用是現代控制理論在深度和廣度上的拓展。20世紀80年代以來(lái)，信息技術(shù)、計算技術(shù)的快速發(fā)展及其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展和相互滲透，也推動(dòng)了控制科學(xué)與工程研究的不斷深入，控制系統向智能控制系統的發(fā)展已成為一種趨勢。智能控制綜合了多門(mén)學(xué)科，比如自動(dòng)控制、人工智能、信息論和運籌學(xué)等，它克服了傳統控制理論的許多缺點(diǎn)，能夠用來(lái)控制各種復雜的系統。

　　1.2 智能控制與傳統控制的比較

　　首先，智能控制包括傳統控制，智能控制是傳統控制的高級階段。與傳統控制相比，智能控制處理信息的綜合能力更強，而且能夠從全局優(yōu)化系統。從結構上來(lái)看，智能控制的分布式、分級式和開(kāi)放式結構也比傳統控制更加先進(jìn)。

　　其次，智能控制是多門(mén)學(xué)科進(jìn)行交叉的結果，因此它比傳統控制在理論體系上更加完善。智能控制系統具有足夠的關(guān)于人的控制策略、被控對象及環(huán)境的有關(guān)知識以及運用這些知識的能力。智能控制系統能以知識表示的非數學(xué)廣義模型和以數學(xué)表示的混合控制過(guò)程，采用開(kāi)閉環(huán)控制和定性及定量控制結合的多模態(tài)控制方式。

　　再次，智能控制系統具有變結構特點(diǎn)，能總體自尋優(yōu)，具有自適應、自組織、自學(xué)習和自協(xié)調能力。智能控制適用的對象和任務(wù)可以更加復雜、高度非線(xiàn)性、模型可以具有不確定性。同時(shí)智能控制系統有補償及自修復能力和判斷決策能力。

　　最后，智能控制系統還可以用數學(xué)表示混合控制過(guò)程，用知識描述非數學(xué)的廣義模型，采用多模態(tài)控制方式，這種方式是定性決策、定量控制和開(kāi)閉環(huán)控制相互結合的體現。

　　1.3 主要方法

　　目前，智能控制運用的主要方法為遺傳算法控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制、模糊系統控制、專(zhuān)家系統控制、分級遞階控制、組合智能控制、混沌控制、集成智能控制、小波理論等等。

　　2.智能控制在機電一體化系統中的應用

　　2.1 智能控制在機械制造過(guò)程中的應用

　　智能加工技術(shù)是利用智能束與物質(zhì)相互作用的特性對材料(包括金屬與非金屬)進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一門(mén)技術(shù)，而智能如工藝研究之所以光器是智能加工技術(shù)應用的前提條件。機械制造是機電一體化系統中的重要組成部分，當前最先進(jìn)的機械制造技術(shù)就是將智能控制技術(shù)與計算機輔助技術(shù)有機結合，向智能機械制造技術(shù)的方向發(fā)展。其最終目標是利用先進(jìn)的計算機技術(shù)取代一部分腦力勞動(dòng)，從機電一體化系統設計課程論文而模擬人類(lèi)制造機械的活動(dòng)。同時(shí)，智能控制技術(shù)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )及模糊系統計算的方法對機械制造的現狀進(jìn)行動(dòng)態(tài)地模擬，通過(guò)傳感器融合技術(shù)將采集的信息進(jìn)行預處理，從而修改控制模式中的參數數據。在此過(guò)程中利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)中的并行處理與學(xué)習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)決策機構來(lái)選取相應的控制動(dòng)作。智能控制在機械制造中的應用領(lǐng)域包括：機械故障智能診斷、機械制造系統的智能監控與檢測、智能傳感器及智能學(xué)習等 。

　　2.2 智能控制在機器人領(lǐng)域的應用

　　通常情況下，動(dòng)力學(xué)中的機器人表現出的是非線(xiàn)性的、強耦合，而且變化具有不穩定的特征，由于信息量繁多而龐大，并且控制參數較多，需要通過(guò)智能控制來(lái)實(shí)現機器人在處理信息和參數的靈敏和快捷化。當前，智能控制技術(shù)已被廣泛應用于機器人領(lǐng)域中的各個(gè)方面，在動(dòng)力學(xué)方面，機器人是非線(xiàn)性、時(shí)變和強耦合的;在控制參數方面，是多變量的;在傳感器信息上，是多信息的;在控制任務(wù)的要求方面，是多任務(wù)的，因此，從這些方面的分析可以得出智能控制非常適合運用于機器人領(lǐng)域。而且，目前在機器人領(lǐng)域也廣泛地使用到了智能控制技術(shù)，比如機器人地行走路徑規劃、機器人的定位和軌跡跟蹤、機器人的自主避障、機器人姿態(tài)控制等。在機器人領(lǐng)域，人們可以通過(guò)采用智能控制中的模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、專(zhuān)家系統技術(shù)進(jìn)行環(huán)境建模和檢測、機器人定位、汽車(chē)柔性制造等。為了提高機器人系統的適應能力，人們可以綜合運用幾種智能控制技術(shù)，例如機器人行走時(shí)可以主動(dòng)的避讓障礙物，還可按照規定的路徑行走，其中機器人手臂可按指令完成相應預期動(dòng)作。以上這些內容，都是采用了計算機神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )智能控制技術(shù)實(shí)現的，由此可見(jiàn)智能控制在機器人領(lǐng)域中的應用也趨于成熟 。

　　2.3 智能控制在交流伺服系統的應用

　　伺服驅動(dòng)裝置是一種轉換部件和裝置，它能夠使電信號轉換為機械動(dòng)作，并且決定著(zhù)控制的功能和質(zhì)量以及系統的動(dòng)態(tài)性能，它是機電一體化的重要的組成部分。智能控制中電力電子技術(shù)的發(fā)展能夠提高交流調速系統性能，實(shí)現直流的伺服系統向交流的伺服系統的轉變。將智能控制引入交流伺服系統，能夠幫助交流伺服系統應對比如負載擾動(dòng)、參數時(shí)變、被控對象和交流電動(dòng)機嚴重的非線(xiàn)性特性以及較強的耦合性這樣一些不確定的因素，幫助交流伺服系統通過(guò)不確定的模型獲得較滿(mǎn)意的PID參數，滿(mǎn)足系統的高性能指標要求。

　　常規的PID控制和智能控制技術(shù)相結合，能夠形成智能PID，方法就是通過(guò)非線(xiàn)性的控制方式將人工智能引入到控制器，使系統的控制性能更好，并且能夠不依賴(lài)控制器參數和精確的數學(xué)模型進(jìn)行自動(dòng)地調整，使得系統的適應性增強。

　　2.4 智能控制在數控領(lǐng)域的應用

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的機電一體化技術(shù)的發(fā)展對數控技術(shù)提出了更高的要求，不僅需要完成很多的智能功能，還需要擴展、模擬、延伸等新的智能功能，從而使得數控技術(shù)可以實(shí)現智能編程、智能監控、建立智能數據庫等目標，運用智能控制技術(shù)可以實(shí)現這些目標。比如說(shuō)，利用專(zhuān)家系統可以數控領(lǐng)域中難以確定算法與結構不明確的一些問(wèn)題進(jìn)行綜合處理，再運用推理規則將數控現場(chǎng)的一些數控故障信息進(jìn)行推理，從而獲得維修數控機械的一些指導性建議;利用模糊系統技術(shù)可以將數控機械的加工過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，對一些模糊的參數進(jìn)行調節，從而更加清晰地發(fā)現數控機械出現的故障，并找出相應的解決措施。在數控領(lǐng)域，還可以利用遺傳進(jìn)化算法，找到數控系統的最佳加工路徑;還可以運用智能控制中的預測和預算功能，在高速加工時(shí)加強對綜合運動(dòng)的控制。

　　參考文獻

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