探究智能控制在机电一体化系统中的应用

探究智能控制在机电一体化系统中的应用

摘要：随着我国经济的快速增长，机电一体化系统也在飞速发展。机电一体化

技术越来越成熟。本文主要论述了机电一体化系统中智能控制的应用。

关键词：机电一体化系统；应用

一、机电一体化的概述

（一）机电一体化的含义

所谓机电一体化，又称机械电子学，是指将电工电子技术、信息技术、接口技术、机械

技术、微电子技术、传感器技术、信号变换技术等多只技术进行有机地结合，并综合应用到

实际生产生活中去的一项综合性的技术。

（二）机电一体化的基本内容与组成要素及原则

机电一体化的基本内容包括以下几项内容：一是计算机与信息技术；二是机械技术；三

是自动控制技术；四是系统技术；五是传感检测技术。

机电一体化的组成要素包括：一是结构组成要素；二是动力组成要素；三是运动组成要素；四是感知组成要素；五是职能组成要素。

机电一体化的四大原则包括：一是运动传递；二是能量转换；三是结构耦合；四是信息

控制。

二、智能控制的概述

（一）智能控制的含义

所谓智能控制，就是指在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动

控制技术，是用计算机模拟人类智能的一个重要领域。传统的控制只是智能控制中的一个组

成部分，是智能控制最底层的阶段。智能控制是由多个学科相互交叉所形成的学科，它的理

论基础包括信息论、自动控制论、运筹学及人工智能等内容。

（二）智能控制的特征

智能控制具有以下特征：一是智能控制的核心在高层控制；二是智能控制器具有非线性

特性；三是智能控制具有变结构特点；四是智能控制器具有总体自寻优特性；五是智能控制

系统应能满足多样性目标的高性能要求；六是智能控制是一门边缘交叉学科；七是智能控制

是一个新兴的研究领域。

（三）智能控制的类型

智能控制的类型包括：一是分级递阶控制系统；二是专家控制系统；三是集成混合控制；四是人工神经网络控制系统；五是模糊控制系统；六是学习控制系统；七是进化计算与遗传

算法；八是组合智能控制方法等。

（四）智能控制发展的趋势

智能控制系统具有极强的学习功能、组织功能及适应性功能，其在机电一体化方面的广

泛应用是当前智能控制的一大发展趋势。模糊系统、遗传算法、专家系统及神经网络是应用

在机电一体化系统中的最常见的四种技术，它们之间存在着相互依存、相辅相成的关系。

三、智能控制在机电一体化系统中的应用

（一）智能控制在机械制造过程中的应用

机械制造是机电一体化系统中的重要组成部分，当前最先进的机械制造技术就是将智能

控制技术与计算机辅助技术有机结合，向智能机械制造技术的方向发展。其最终目标是利用

先进的计算机技术取代一部分脑力劳动，从而模拟人类制造机械的活动。同时，智能控制技

术利用神经网络及模糊系统计算的方法对机械制造的现状进行动态地模拟，通过传感器融合

技术将采集的信息进行预处理，从而修改控制模式中的参数数据。在此过程中利用神经网络

技术中的并行处理与学习功能将一些残缺不全的信息进行有效处理，利用模糊系统所特有的

模糊关系与模糊集合等特征，可以将一些模糊的信息集合到闭环控制中的外环决策机构来选

取相应的控制动作。智能控制在机械制造中的应用领域包括：机械故障智能诊断、机械制造

系统的智能监控与检测、智能传感器及智能学习等。

（二）智能控制在数控领域中的应用

随着科学技术的发展，我国的机电一体化技术的发展对数控技术提出了更高的要求，不

仅需要完成很多的智能功能，还需要扩展、模拟、延伸等新的智能功能，从而使得数控技术

可以实现智能编程、智能监控、建立智能数据库等目标，运用智能控制技术可以实现这些目标。比如说，利用专家系统可以数控领域中难以确定算法与结构不明确的一些问题进行综合

处理，再运用推理规则将数控现场的一些数控故障信息进行推理，从而获得维修数控机械的

一些指导性建议；利用模糊系统技术可以将数控机械的加工过程进行优化，对一些模糊的参

数进行调节，从而更加清晰地发现数控机械出现的故障，并找出相应的解决措施。

（三）智能控制在机器人领域中的应用

机器人所具有非线性、强耦合、时变性的特征主要体现在动力系统中，在控制参数的系

统中机器人具有多任务及多边变性的特征，这些特征适合智能控制技术的应用。当前智能控

制技术在机器人领域中的应用主要表现在以下几个方面：一是机器人手臂姿态及动作的智能

控制；二是机器人在多传感器信息融合与视觉处理方面的智能控制；三是机器人在行走路径

与行走轨迹跟踪方面的智能控制；四是通过模糊系统及专家控制系统对机器人的运动环境进

行定位、监测、建模及规划控制等方面的探究。

（四）智能控制在交流伺服系统中的应用

作为机电一体化典型产品的重要组成部分，伺服驱动装置对控制质量、系统动态性能和

功能有这决定性的影响。交流伺服系统是一种很复杂的系统，它的参数可以随时变动、伴随

着负载的扰动，与此同时交流电动机的本身与被控对象具有很强的非线性等诸多不确定的因素，所以想要建立精准的数学模型是很困难的。于是把智能控制应用于交流伺服系统当中，

并且结合现代交流伺服将有可能得到较高的性能指标。

（五）智能控制在建筑工程中的应用

智能控制在建筑工程中的应用主要表现在以下几个方面：一是智能控制在建筑物照明系

统中的应用，它主要通过通信与计算机控制的联网，对每一个时段的照明系统进行控制，主

要表现在对照明时间、照明系统的节能、照明逻辑方面的智能控制；二是对建筑物内的空调

进行智能控制，通过比例积分调节器闭环的方式对空调在夏季与冬季使用时的模式进行设置，可以智能地调节空调的风阀，在确保建筑内空气质量的同时，减少能量的浪费。

四、结语

通过模糊系统、遗传算法、专家系统及神经网络等四项技术的应用，我国机电一体化技

术非常顺利地实现了智能化的控制，从而促进了我国机电一体化系统的健康长远发展。无论

是国内还是国外，对于机电一体化中对智能控制系统方面的研究已经很深入，不管是在现代

机械上还是在典型机械上。相较于传统的钓控制方法智能控制系统更具有柔性和灵活性，优

势很突出且实用性很强。以微处理器为核心的智能控制系统，在微电子技术、精密机械技术

以及信息技术等领域展现出了更为广阔的发展前景和更具优势的发展空间。

参考文献：

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