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淺析智能控制及其在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用
【摘要】在如今科技不斷發(fā)展的社會(huì)里，機(jī)電一體化技術(shù)得到了進(jìn)一步的應(yīng)用和推廣。目前，智能控制開始廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、機(jī)械制造、電力電子學(xué)等研究領(lǐng)域，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，智能控制也有著非常廣泛的使用。本文重點(diǎn)講述智能控制系統(tǒng)的種類和優(yōu)勢(shì)，并對(duì)當(dāng)下使用的智能控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述，最后探討了智能控制在機(jī)電一體化應(yīng)用的效果。
【關(guān)鍵詞】智能控制;機(jī)電一體化;應(yīng)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(jī)電一體化技術(shù)是指將機(jī)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)。隨著機(jī)電一體化的發(fā)展，機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)控制的技術(shù)水平要求越來越高，原來的控制技術(shù)已經(jīng)不能滿足機(jī)電一體化系統(tǒng)的要求，因此，人們開始將目光投向發(fā)展比較迅速的智能控制，期望通過智能控制，達(dá)到機(jī)電一體化系統(tǒng)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(jī)電一體化系統(tǒng)中得到應(yīng)用，從而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的控制。
1.智能控制
1.1 簡(jiǎn)單介紹
智能控制(intelligent controls)在無人干預(yù)的情況下能自主地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)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(xiàn)代控制理論”的發(fā)展階段，已進(jìn)入“大系統(tǒng)理論”和“智能控制理論”階段。智能控制理論的研究和應(yīng)用是現(xiàn)代控制理論在深度和廣度上的拓展。20世紀(jì)80年代以來，信息技術(shù)、計(jì)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(tǒng)向智能控制系統(tǒng)的發(fā)展已成為一種趨勢(shì)。智能控制綜合了多門學(xué)科，比如自動(dòng)控制、人工智能、信息論和運(yùn)籌學(xué)等，它克服了傳統(tǒng)控制理論的許多缺點(diǎn)，能夠用來控制各種復(fù)雜的系統(tǒng)。
1.2 智能控制與傳統(tǒng)控制的比較
首先，智能控制包括傳統(tǒng)控制，智能控制是傳統(tǒng)控制的高級(jí)階段。與傳統(tǒng)控制相比，智能控制處理信息的綜合能力更強(qiáng)，而且能夠從全局優(yōu)化系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上來看，智能控制的分布式、分級(jí)式和開放式結(jié)構(gòu)也比傳統(tǒng)控制更加先進(jìn)。
其次，智能控制是多門學(xué)科進(jìn)行交叉的結(jié)果，因此它比傳統(tǒng)控制在理論體系上更加完善。智能控制系統(tǒng)具有足夠的關(guān)于人的控制策略、被控對(duì)象及環(huán)境的有關(guān)知識(shí)以及運(yùn)用這些知識(shí)的能力。智能控制系統(tǒng)能以知識(shí)表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)表示的混合控制過程，采用開閉環(huán)控制和定性及定量控制結(jié)合的多模態(tài)控制方式。
再次，智能控制系統(tǒng)具有變結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能總體自尋優(yōu)，具有自適應(yīng)、自組織、自學(xué)習(xí)和自協(xié)調(diào)能力。智能控制適用的對(duì)象和任務(wù)可以更加復(fù)雜、高度非線性、模型可以具有不確定性。同時(shí)智能控制系統(tǒng)有補(bǔ)償及自修復(fù)能力和判斷決策能力。
最后，智能控制系統(tǒng)還可以用數(shù)學(xué)表示混合控制過程，用知識(shí)描述非數(shù)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、定量控制和開閉環(huán)控制相互結(jié)合的體現(xiàn)。
1.3 主要方法
目前，智能控制運(yùn)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(tǒng)控制、專家系統(tǒng)控制、分級(jí)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(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用
2.1 智能控制在機(jī)械制造過程中的應(yīng)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(duì)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(yīng)用的前提條件。機(jī)械制造是機(jī)電一體化系統(tǒng)中的重要組成部分，當(dāng)前最先進(jìn)的機(jī)械制造技術(shù)就是將智能控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有機(jī)結(jié)合，向智能機(jī)械制造技術(shù)的方向發(fā)展。其最終目標(biāo)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)取代一部分腦力勞動(dòng)，從機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程論文而模擬人類制造機(jī)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(tǒng)計(jì)算的方法對(duì)機(jī)械制造的現(xiàn)狀進(jìn)行動(dòng)態(tài)地模擬，通過傳感器融合技術(shù)將采集的信息進(jìn)行預(yù)處理，從而修改控制模式中的參數(shù)數(shù)據(jù)。在此過程中利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的并行處理與學(xué)習(xí)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(tǒng)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(jī)構(gòu)來選取相應(yīng)的控制動(dòng)作。智能控制在機(jī)械制造中的應(yīng)用領(lǐng)域包括：機(jī)械故障智能診斷、機(jī)械制造系統(tǒng)的智能監(jiān)控與檢測(cè)、智能傳感器及智能學(xué)習(xí)等 。
2.2 智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用
通常情況下，動(dòng)力學(xué)中的機(jī)器人表現(xiàn)出的是非線性的、強(qiáng)耦合，而且變化具有不穩(wěn)定的特征，由于信息量繁多而龐大，并且控制參數(shù)較多，需要通過智能控制來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在處理信息和參數(shù)的靈敏和快捷化。當(dāng)前，智能控制技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域中的各個(gè)方面，在動(dòng)力學(xué)方面，機(jī)器人是非線性、時(shí)變和強(qiáng)耦合的;在控制參數(shù)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(yùn)用于機(jī)器人領(lǐng)域。而且，目前在機(jī)器人領(lǐng)域也廣泛地使用到了智能控制技術(shù)，比如機(jī)器人地行走路徑規(guī)劃、機(jī)器人的定位和軌跡跟蹤、機(jī)器人的自主避障、機(jī)器人姿態(tài)控制等。在機(jī)器人領(lǐng)域，人們可以通過采用智能控制中的模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行環(huán)境建模和檢測(cè)、機(jī)器人定位、汽車柔性制造等。為了提高機(jī)器人系統(tǒng)的適應(yīng)能力，人們可以綜合運(yùn)用幾種智能控制技術(shù)，例如機(jī)器人行走時(shí)可以主動(dòng)的避讓障礙物，還可按照規(guī)定的路徑行走，其中機(jī)器人手臂可按指令完成相應(yīng)預(yù)期動(dòng)作。以上這些內(nèi)容，都是采用了計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，由此可見智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用也趨于成熟 。
2.3 智能控制在交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用
伺服驅(qū)動(dòng)裝置是一種轉(zhuǎn)換部件和裝置，它能夠使電信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)作，并且決定著控制的功能和質(zhì)量以及系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，它是機(jī)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(diào)速系統(tǒng)性能，實(shí)現(xiàn)直流的伺服系統(tǒng)向交流的伺服系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。將智能控制引入交流伺服系統(tǒng)，能夠幫助交流伺服系統(tǒng)應(yīng)對(duì)比如負(fù)載擾動(dòng)、參數(shù)時(shí)變、被控對(duì)象和交流電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重的非線性特性以及較強(qiáng)的耦合性這樣一些不確定的因素，幫助交流伺服系統(tǒng)通過不確定的模型獲得較滿意的PID參數(shù)，滿足系統(tǒng)的高性能指標(biāo)要求。
常規(guī)的PID控制和智能控制技術(shù)相結(jié)合，能夠形成智能PID，方法就是通過非線性的控制方式將人工智能引入到控制器，使系統(tǒng)的控制性能更好，并且能夠不依賴控制器參數(shù)和精確的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行自動(dòng)地調(diào)整，使得系統(tǒng)的適應(yīng)性增強(qiáng)。
2.4 智能控制在數(shù)控領(lǐng)域的應(yīng)用
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國的機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展對(duì)數(shù)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(kuò)展、模擬、延伸等新的智能功能，從而使得數(shù)控技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)智能編程、智能監(jiān)控、建立智能數(shù)據(jù)庫等目標(biāo)，運(yùn)用智能控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。比如說，利用專家系統(tǒng)可以數(shù)控領(lǐng)域中難以確定算法與結(jié)構(gòu)不明確的一些問題進(jìn)行綜合處理，再運(yùn)用推理規(guī)則將數(shù)控現(xiàn)場(chǎng)的一些數(shù)控故障信息進(jìn)行推理，從而獲得維修數(shù)控機(jī)械的一些指導(dǎo)性建議;利用模糊系統(tǒng)技術(shù)可以將數(shù)控機(jī)械的加工過程進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)一些模糊的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而更加清晰地發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)械出現(xiàn)的故障，并找出相應(yīng)的解決措施。在數(shù)控領(lǐng)域，還可以利用遺傳進(jìn)化算法，找到數(shù)控系統(tǒng)的最佳加工路徑;還可以運(yùn)用智能控制中的預(yù)測(cè)和預(yù)算功能，在高速加工時(shí)加強(qiáng)對(duì)綜合運(yùn)動(dòng)的控制。
參考文獻(xiàn)
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