机电一体化系统中的智能控制与优化研究

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机电一体化系统中智能控制的应用研究

作者：李国强

来源：《中国科技博览》2017年第31期

[摘 要]进入新世纪以来，科技有了很大发展，信息化和智能化等技术在社会发展中的应用也愈发广泛，不仅为人们的生活带来很大便利，也促进了整个社会的发展。在机电一体化系统内，智能控制就具有广阔的应用前景，通过这两者之间的互相结合，可以使以往机电一体化中存在的不足与缺陷得到有效的改善。本文主要对以智能控制为基础的机电一体化技术，对智能控制的应用进行详细研究，进而为相关研究提供借鉴。

[关键词]机电一体化系统；智能控制；应用研究

中图分类号：TH-39；TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）31-0145-01

1 导言

随着科学技术的高速发展，电子技术也在迅猛发展，机电一体化系统逐渐完善，并且在工业生产和机械制造中得到了广泛应用，能够有效提高工业生产和机械制造质量，已经引起了我国工业生产人员的充分重视。而智能控制在机电一体化系统的背景下应运而生，促进了机电一体化系统的发展。智能控制在没有人操控的情况下可以自动控制目标，实现生产制造，智能控制的功能主要体现在控制程序和控制主体上。

2 什么是智能控制

所谓的智能控制指的就是在没有人为的干预下能够自主驱动智能机器，从而有效完成对目标进行自动控制的技术，换句话来说就是用计算机对人类的大脑进行模拟，从而完场智能控制。智能控制在当今的社会是一种非常重要的技术，应用范围非常广泛，有着不可或缺的作用。在机电一体化系统中，有很多复杂多样的控制任务和控制目的，这些控制任务和控制目的以传统的控制手段来完成是非常复杂和不方便的，而智能控制的出现正好可以解决这一问题，使得机电一体化系统的实际操作更加的简单方便，同时还能更好的完成控制任务。对于智能控制来说，传统控制只是其中最为简单的一个部分，真正的智能控制是由多个学科相互交叉而成，而在众多的学科中最为主要的就是自动控制论、信息论、人工智能以及运筹学等学科。与传统控制相比较而言，智能控制有着一些非常明显的优点和特征，其中最为主要的特征主要有七个方面，分别是智能控制的核心在高层控制、智能控制具有变结构特点、智能控制器具有非线性特性、智能控制器具有总体自寻优特征、智能控制一个新兴的技术、属于一门边缘交叉学科以及其能够满足更多的要求和目标。智能控制主要分为了六种类型，分别是：混合或者集成控制、专家控制系统、分级递阶控制系统、学习控制系统、人工神经网络控制系统、组合智能控制系统以及金华计算与遗传算法。 龙源期刊网

2014 年 秋 季学期本科生课程考核

（读书报告、研究报告）

考核科目 : 机电一体化系统设计

学生所在院（系） : 机电工程学院

学生所在专业 : 机械设计制造及自动化

* * * * : ***

学 号 : 1110810710

考核结果 阅卷人 机电一体化系统设计课程论文

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智能控制技术在机电一体化系统中的应用

1108107 汪珈右

摘要：不同于传统机械系统，在机电一体化系统中，特别重视对智能控制技术的应用。智能控制与机电一体化系统的完美结合，有效改善了机电一体化系统存在的各种缺陷。本文综述了智能控制技术的相关知识，并论述了其在机电一体化系统中的应用。

关键字：机电一体化；机械电子；智能控制；系统

前言

机电一体化系统主要是指由动力与驱动部分、机械本体、传感测试部分、执行机构、控制及信息处理部分所组成，并利用电子计算机的信息处理技术、控制功能、以及可控驱动元件特性来运行的一种现代化机械系统。所谓智能控制系统，就是指利用集合了人工智能理论、自动控制理论以及信息理论等诸多技术理论，用以实现优化调控机的新技术系统。这是一种当前最为先进的自动化控制技术，一般包括两个方面，即外部环境和控制器。在实际的应用中，通过外部环境提供信息以供控制器做出控制决策，因此无需使用模型，具有很大的环境适应协调能力，在诸多机械设备生产中都具有很大的应用价值，因而成为促进机电一体化的重要技术系统[1]。为了满足人们生产生活中的各种需要，将智能控制技术融入到机电一体化系统中，也就成为的必然的趋势。

1 智能控制技术概述

1.1 智能控制技术概念

智能控制是指通过计算机模拟人类的思想，通过计算机程序实现对复杂多样的操作进行模拟，从而实现在无人控制的情况下完成机械控制并实现机械的自动化生产。通过智能控制能够帮助人类解决很多复杂的问题和实现很多复杂的操作，同时极大的提高操作的精度，使得机械制造业能够制造出更加精密的设备。智能控制系统与传统控制系统相比较具有更加方便快捷、更加精确、更加安全的优势，通过智能控制系统能够最大限度地精简参与生产的人员，在人类肉眼不可能达到的精密层级进行操作，使机械设备在一些人类不能到达的空间进行工作。随着科学技术的快速发展，智能控制系统已经在工业中大放异彩，随着其与其他技术的完美结合，已经为人类做出了极大的贡献[2]。

探讨机电一体化系统中智能控制的应用

不断优化和完善智能控制机制，有助于机电一体化建设水平的持续发展。基于此，本文从机器人、数控、物联网这三个机电一体化建设方面，详细阐述了智能控制的具体应用，深入分析了基于智能控制的机电一体化建设，希望能够为机械生产领域的发展提供助力。

标签：智能控制;机电一体;设施维护

引言：

机电一体化系统是指一种由机械、传感器、信息等系统组成的集成系统，是自动生产机制的运行基础，而智能控制在该系统中的应用，使机电一体化得以面向更高层次的自动化水平发展，推动了各领域生产能力的进步，因此，应积极探讨智能控制的应用方法，以充分发挥其优势，实现对机电一体化的深入推进。

一、在机电一体化机器人系统中的应用

（一）智能控制机器人机制建设

在机电一体化系统建设中，自动化任务机器人生产机制是智能控制应用的重要体现之一。在自动化任务机器人机制中，人们借助机械、信息、电子等机电一体化技术内容，可以构建出机器人工厂，并结合基于智能控制所搭建的中枢控制台，对机器人的生产行为进行精准控制，使其这种以智能控制机器人为主要生产工具的机电一体化生产系统，得以顺利适应各类生产场景，提升自动化生产能力水平。以 AI前台+数据中台+RPA后台智能控制方案的应用为例，该方案中的智能控制系统具备内置的行业通用自动化模板，用户能够利用该模板，通过简单的操作，对机器人机制进行设置，然后借助中枢控制台，实现机器人的智能控制，使机器人在智能控制下，准确完成多种生产行为，达到生产全流程机器人自动化的效果，增强智能控制在机电一体化系统中的应用效果。

（二）配套机电一体化流程建设

在机电一体化机器人系统中，为了保证智能控制的应用效果，应建立配套的生产流程，以迎合智能控制机器人的运行规律。在此过程中，需要先根据各类智能控制机器人的性能、特点，将其分配到各个生产流程中，然后完善配套的生产设施，如材料运送带、安全防护装置、电源设施等。之后，再根据各项生产环节机器人工况，以及其他实际情况，做好各个环节之间的设施衔接，以保证整体生产流程的顺利运作。此外，还要将机器人终端个体的独立运作系统，接入到中枢控制系统中，以便于将各个生产程序中的任务机器人工况信息，实时传输到中控系统中，然后，中控系统再通过对这部分信息进行处理、分析，形成智能控制决策，再将决策指令发送给机器人，以控制其生产行为，确保生产流程之间，机器人生产行为的协调性，实现智能控制的应用。

智能控制及其在机电一体化系统中的应用策略

随着机电一体化系统的具体控制要求渐渐提高，与其关系密切的对象、环境以及任务渐渐地变得越来越复杂，智能控制开始在机电一体化系统中承担起越来越重要的作用。本文主要对智能控制的相关概念进行了简单的分析，并对其在机电一体化系统里的实际应用策略进行了探讨，旨在为机电一体化系统的发展和完善提供一定的帮助。

标签：智能控制；机电一体化系统；应用策略

一、智能控制的定义

智能控制是建立在传统的控制理论之上的，但是它和传统控制理论有着明显的区别。相比而言，智能控制系统开放性更强，级别区分更完善，有着良好的信息处理能力。这种控制方法所针对的队形可以是不确定的或者非线性的，这就决定了它能够满足复杂的任务要求。它获取知识的途径主要包括两种：一种是自主学习，另一种是专家经验。它主要利用拟人化的方法来表达，能够模仿人类的智能。但是，智能控制系统并不排斥传统控制理论。它同样需要利用传统方法来对“简单的”问题进行处理，并以此为基础对方法进行改进，以满足各种各样的复杂问题的需要。

智能控制建立在控制理论、信息技术、智能技术等学科的先进理论之上，对传统的理论研究进行了有效的扩充，形成了不少新研究方法，其中最为常见的方法包括专家控制、模糊控制、混沌控制以及组合智能控制等。作为当前机电一体化系统的重要发展趋势，智能化近几年已经在学界引起了较大的关注。事实上，机电一体化的水平高低会受到控制系统的影响，因此，选择合适的方法提升智能化系统水平对发展机电一体化有着非常重要的作用。

二、智能控制在机电一体化系统中的应用策略

1.在数控领域的智能控制策略

现在，数控系统一方面对性能有着较高的需要，另一方面还需要具备不少智能功能。换言之，数控系统需要具备良好的知识处理功能。在这部分功能里，有些功能模块需要以数学模型为基础，利用传统的控制理论来控制。但是需要注意的是，不少环节是没有办法进行建模的，这主要是由于某些相关信息的清晰度比较低，这就需要智能控制系统来完成相应的任务，实现更好的控制效果。利用智能控制中的人工神经网络就能够对系统里的问题进行检查和处理，对系统进行必要的调节和修补。这种方法能够利用各种各样的零件来进行连接，创建出“数据点的密化处理”。