摘要：随着电子技术特别是微电子技术以及超大规模集成电路的发展，机电一体化技术日趋成熟，并广泛应用到各种工业和生产过程，对控制效果的要求也越来越高。许多工业对象或生产过程常常具有非线性、时变性、变结构、多层次、多因素以及各种不确定性等，难于建立精确的数学模型，即使对一些复杂对象能够导出数学模型，但过于复杂，既不利于设计，也难于实现有效控制。而智能控制的出现和不断发展，为解决这些问题提供了有效的方法。本文探讨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；系统应用
智能控制是机电一体化系统发展的必然趋势，系统控制能力的优劣对机电一体化系统的运行起到至关重要的作用，而智能控制已经在机电一体化中得以广泛应用，通过专家系统、神经网络、模糊系统和遗传算法这四种技术，机电一体化顺利实现了智能控制，且这些技术相互渗透又各自独立发展。
一、概述
智能控制是在传统理论的基础上发展起来的，传统控制仅是智能控制的一部分，属于智能控制的最低级阶段。智能控制系统的机构是开放的、分布式的，对综合信息的处理能力比较强。智能系统不仅追求机电一体化的高度自治，更注重全局性的优化。智能控制是一个多学科相互交叉的学科，其理论基础是自动控制理论、人工智能、信息论及运筹学的交叉。智能控制的任务及主要对象具有不确定性、高度复杂及非线性的要求，而传统控制形式的方法，一般仅能用于单一的任务对象，通常要求有精确的数学模型，智能控制在应用上的优势：一是机电一体化系统性能的完善。相对于传统性质的自动化相关控制系统来说，智能控制已成为机械工业与微电子未来发展最为主要的方向，智能控制的系统在如今的机械电子一体化系统之中的应用其优势主要在于它可以完善与帮助机械电子一体化总性能。智能控制的系统在整个机械电子一体化系统当中，可以帮助系统省略当中模型分析环节，进而更加准确的根据外部环境的变化趋势进而准确的确定调控方面。最后直接形成系统指令进行系统指控。在控制器与外部环境双重作用的情况下，帮助机械电子一体化系统得以更加高效、更加快捷、更加精准的条件去做好每一项工作。二是机械电子技术系统的工作效率有效的提高。因为采用了智能控制的技术，能够根据相关工作人员所发出指令编码将机械设备进入自动工作状态，并通过智能控制对由于人为操作因素上的失误而导致的不必要的损失进行有效避免避，最终有可能会对工作效率以及企业的效益造成影响；在智能控制相关系统的作用下，只需通过人力进行一步指令输入，而余下全部均可以通过系统根据指令按工作的规范流程顺序进行系统的运行。如此便能够在最大程度上提升系统的运行效率，进而实现工作效率的有效提升。
二、智能控制与机电一体化的关系
1.智能控制是21世纪机电一体化发展的必然趋势。机电一体化技术在国外的起步时间相对较早，发展相对成熟，早在20世纪90年代，发达和较发达国家的机电一体化技术就开始逐渐步入智能控制的阶段。一方面，通信技术、光学等加入到机电一体化行列中，微细加工技术也逐步在机电一体化中得以有效应用，出现了微机电一体化及光电一体化等新的分支结构；另一方面，有关机电一体化系统建模的分析、设计以及集成方法，机电一体化学科体系及发展趋势等都开展了深刻的研究。同时，因为神经网络技术、人工智能控制和光纤技术等多领域都有了较大进步，这为机电一体化的技术发展提供了广阔空间，也为产业化奠定了基础。
2.智能控制已成为21世纪机电一体化发展的必然趋势，它在控制理论的基础上，加以运筹学、模糊数学、计算机科学、生理学、心理学、混沌动力学及人工智能等众多新方法、新思想，通过对人类智能的模拟，使其具有思维逻辑、判断推理能力以及决策能力，以获得更准确的控制目标。智能控制已经在机电一体化的系统研究中日益受到重视，建筑智能化及机器人的智能化就是其典型应用。
三、智能控制在机电一体化系统中的应用
1.智能控制在机床中的应用。
（1）智能控制应用于机电一体化系统中时，其最主要的表现形式便是在数控机床中的智能化应用。传统的数据机床设备中，由于不具备先进、科学的智能化理念，所以使得所加工的产品不够精细与完美。而将智能控制技术应用于机床加工中时，该技术通过CPU控制系统、RISC芯片等先进、智能的控制系统，可大幅度地提高机床的精度。智能控制机床的应用，可以对制造过程做出准确、果断的决定，其智能化系统对机床的整个制造过程均是十分了解，并可利用监控、诊断以及修正措施，来规避机床生产过程中容易出现的各种偏差。除此之外，将智能控制应用在机床中时，该智能化系统还能够精准地计算出机床所使用的切削刀具、轴承、主轴、导轨等部件的磨损程度及剩余寿命，从而让人们在使用机床时更加清楚该机床剩余的使用时间以及替换时间。
（2）从目前智能机床的实际应用情况来看，机床的智能化主要体现在四个方面：第一，智能安全屏障。机床的智能安全屏障是指通过智能化的设计，以防止机床各部件在作业过程出现碰撞智能热屏障。智能热屏障主要是指热位移控制，因为机床各部件的运动或动作下所产生的热量以及室内温度的变化，会使机床生产发生定位误差，而此种智能热屏障就是针对定位误差进行自动补偿，使误差值降低到最小。第二，主动振动控制。通过智能化主动振动控制，可将机床作业时产生的振动降至最小，由于进行切削等加工时，振动过大会影响加工的精度，而有效控制振动频率有幅度后，对机床加工精度与效率也有着十分积极的意义。第三，语音信息系统。语音信息系统又被称作马扎克语音提示，当操作人员对机床进行手动操作或调整时，其智能系统中的语音信息提示，可动态地提示操作人员操作的流程及正确性，从而避免失误的产生。
2.智能控制在交流伺服系统中的应用。交流伺服系统作为机电一体化系统中的一个重要组成部分，将智能控制技术应用于其中实属必然。交流伺服系统主要是指一种转换装置，其是通过对电信号的转换来进行机械操作的一种系统。但是，从实际的应用情况来看，由于交流伺服系统结构的复杂性，使得其也存在参数时变、负载扰动、强耦合等诸多的不确定因素，导致建立精确的数学模型十分困难，只能建立起与实际相似的模型，但所建立的这种模型有时却难以达到系统高性能的要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在这种情况下，将智能控制技术应用进去时，使交流伺服系统无需再建立精确的数学模型，也不再需要精准的控制器参数，便可实时、动态地掌握交流伺服系统的各种数据指标，进而保证交流伺服系统的高性能指标，满足相关厂家的要求。
3.智能控制在机器人领域中的应用。
（1）在当今社会的高速发展下，智能机器人的广泛应用已是必然的趋势，机器人在动力系统方面主要具备有时变性、强耦合性、非线性等特征，而针对这种特征，将智能控制技术应用其中很有必要。
（2）将智能控制技术应用于机器人领域中时，其主要智能控制体现在如下几个方面：第一，行走方面的智能控制。采用智能化技术，对机器人的行走路径以及行走轨迹跟踪等方面进行智能控制，从而实时、动态地了解机器人的行走情况，并给机器人下达行走的命令。第二，多传感器及视觉处理方面的智能控制。对机器人的多传感器信息融合方面，视觉处理方面进行智能化控制，使机器人能够利用多传感器等，准确、迅速地接收所传达过来的信息与命令。第三，动作姿态方面的智能控制。采用智能控制技术，对机器人的手臂姿态以及动作进行控制，使其动作姿态协调、有规律。第四，运动环境方面的智能控制。还可利用智能控制技术中的专家控制系统和模糊控制系统，对机器人的运动环境进行定位、监测、建模以及规划控制等。
4.智能控制在设备装置中的应用。将智能控制应用于设备装置当中，让设备装置的元件转变化智能化元件，从而使设备装置在石油化工、生物科技、节能环保、精密仪器制造、生活等各行各业，各个领域中均能发挥最大的应用优势。
（1）家庭家居中的智能设备装置。家庭家居中的智能设备装置主要包括有家居控制器、总线连接器与智能家电，而这三大类型的设备装置之所以能起到智能的作用，与装置中所应用的智能元件有着极为密切的关系。通过家庭家居设备装置中的智能元件，再经由蓝牙信号接收、传输接口等媒介，主动将自身状态息信传送给相应的控制器，同时在控制器发出指令之后，自动执行动作。例如，家庭家居较常用的洗衣机、空调、电动窗帘、热水器、洗碗机、智能照明系统、智能安防系统等，均是在智能控制技术的应用下才得以实现的。
（2）企业中的智能设备装置。随着我国大中小型企业的不断发展，企业在运营中所使用的设备装置朝着智能控制的方向发展也就成了必然的趋势。例如在企业的数据管理方面，可根据企业的实际的运行情况，配备智能化与自动化元件、硬件及软件设施，构建出商务智能系统，进而利用联机分析处理技术、数据仓库技术以及数据挖掘技术，大幅地提高企业数据管理的效率，减少人力、财务、物力的大量耗费。
5.模糊控制。随着计算机及其相关技术的发展，模糊控制也由最初的经典模糊控制发展到自适应模糊控制、专家模糊控制和基于神经网络的自学习模糊控制。其实现方式也由最初在微型机（单片机）上用软件方法实现发展到应用模糊控制开发出模糊计算机进行直接控制。专家系统能够表达和利用控制复杂过程和对象所需的启发式知识，重视知识的多层次和分类的需要，弥补了模糊控制器结构过于简单、规则比较单一的缺陷，赋予了模糊控制更高的智能；二者的结合还能够拥有过程控制复杂的知识，并能够在更为复杂的情况下对这些知识加以有效利用。神经网络实现局部或全部的模糊逻辑控制功能，前者如利用神经网络实现模糊控制规则或模糊推理，后者通常要求网络层数多于3层；自适应神经网络模糊控制，利用神经网络的学习功能作为模型辨识或直接用作控制器；基于模糊
神经网络的隶属函数及推理规则的获取方法，具有模糊连接强度的模糊神经网等，均在控制中有所应用，模糊系统与遗传算法相结合的控制器设计方法则提供了更为新颖的思路。此外，模糊预测控制，模糊变结构方法，模糊系统建模及参数辨识，模糊模式识别等的研究，也都属于较为前沿的研究方向。
四、智能控制在机电一体化系统中的应用效果
机电一体化系统是当前推动我国工业化发展的重要技术手段。智能控制作为当前科学技术发展的必然趋势，因此智能控制在机电一体化系统中发挥着重要的作用，机电一体化系统中的智能控制有下面几个方面的作用：一是优化流程：多数智能控制系统运用的是模块设计的方法，其中设计到了很多方面，如果单一的采用群控系统，对于相同的系统完全可以借助各种操作流程，从而保证系统的调整能够满足相关的要求；二是提高程序的控制力度：机电一体化系统中的操作程序是智能控制的主要指令，根据加工产品的实际情况来编写程序从而来提高机电的智能控制水平；三是改进加工：在机电一体化系统中的智能控制可以很大程度上行缩短加工的时间，减少劳动力。四是提高精度：精度对于机电一体化的智能控制来说是衡量技术的一个重要指标，直接影响了企业生产效率的高低。和传统的设备相比，智能控制融合了计算机技术，促进了智能控制的精度。实现了智能控制的加工效果，机电通过智能控制提高了多控制加工的需求，可以有效地减少劳动力，优化加工程序。
随着我国科学技术水平正在不断的进步，同时社会经济也得到了高速的发展。当前电子技术领域当中，尤其是超大规模的集成电路以及微电子相关技术正在飞速发展，使得机械电子一体化技术也呈现出不断向前冲刺的趋势，并且在各种工业与生产过程中得到了广泛的应用。如今，电气工程发展的脚步不断加快的大背景下，机械电子一体化的相关技术可以实现对其系统的实时监控，能够确保工作系统的安全，还可以对人工操作方式失误率进行有效降低，从而使得工程的高效性和可靠性得到很大程度上的提高，有效确保系统的高效、稳定运行。
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论文作者:栗刚
论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/18
标签：智能控制论文; 系统论文; 机电一体化论文; 模糊论文; 智能论文; 技术论文; 机床论文; 《基层建设》2017年第26期论文;