机电一体化系统中智能控制的应用分析

机电一体化系统中智能控制的应用分析
作者：伏思慧马媛媛
来源：《城市建设理论研究》2013年第08期
【摘要】：随着社会主义市场经济的发展与科学技术的发展进步，我国的机电一体化系统建设正处于一个快速发展的黄金时期，机电一体化技术越来越成熟。

但是随着系统控制的外部环境的变化，智能系统在机电一体化中的应用也越来越广泛，在机电一体化的发展过程中起着至关重要的作用。

本文将从智能系统与机电一体化的角度出发，研究机电一体化系统中智能控制的应用。

【关键词】：机电一体化；智能控制；应用；研究
中图分类号：TP271+.4 文献标识码：A 文章编号：
随着微电子技术及超大规模的集成电路的发展，我国的机电一体化技术越来越成熟，在工业与农业的发展中发挥着至关重要的作用。

但在实际的生活中，很多机电一体化应用的农业与工业对象具有多层次、不确定性、非线性等特征，给机电一体化的发展带来了很大的难题。

职能控制系统的出现及应用，为机电一体化的长远发展创造了良好的外部环境。

因此，智能控制在机电一体化方面的应用越来越受到人们的重视，对其进行研究是当前人们热衷的一大课题。

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、机电一体化技术在建筑工程中的应用
2.1 混凝土机械
调查显示，现代化的大中型搅拌站普遍采用屏幕显示的计量控制装置和测力传感器。

同时，混凝土机械的计量方式也从机械计量向着电子计量方向发展，控制方式由以往通过指示灯、监视仪表到有就算计软件对各种装置分散控制，并进一步发展为图形显示各种信息的集中控制。

微机可贮存数百个混凝土配方，将配方数据输人微机，同时还能够根据施工需求，在短时间内制备出指定配方的混凝土，真正实现了混凝土的小批量、多品种生产和供应的商品化。

2.2 起重机械
随着建筑业的发展，起重机械正向着智能化方向发展，智能型起重机装有全工外线、微电脑以及超声波传感器，能够及时探测施工现场是否有障碍物。

移动式起重机，采用电子控制式变速操作自动化，实现全自动传动装置，自动检测外伸液压支腿的伸出宽度，从而有效地防止混凝土浆倾倒，减少材料浪费。

目前应用较广泛的各类起重机均装有电力矩限制器，该控制器能够实时监控当吊重，一旦吊臂的合成力矩达到额定值的90%时，就会自动发出警报信号起重机并作出相应的反应。

对于同时使用多台塔吊的大型工地，尽可能地保障每台塔吊均装有防碰装置，从而防止吊臂相互碰撞，遇有碰撞危险时能立即发出警报井自动减速和停止。

2.3 土方机械
土方机械是建筑工程中必不可少的机械设备，日前国外液压挖掘机已基木已应用了电子控制的负荷传感系统并实现自动化，从而实现对发动机、油泵系统和整个机械的动力系统的电子控制。

推土机装有的履带板滑动控制系统能不断检测发动机输出功率、滑动率等参数，自动改变推上机牵引特性，从而保持最佳牵引力，确保土方机械处于最良好的运作状态，进而提高建筑工程施工效率。

三、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。

四、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、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。

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