智能控制技术在机电一体化系统中的应用

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生姓名:汪珈右学号:1110810710考核结果阅卷人机电一体化系统设计课程论文-1-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]。1.2智能控制与传统控制的区别（1）智能控制是对传统控制理论的延伸和发展，智能控制在传统控制的基础上发展出更高效的控制技术。智能控制系统运用分布式及开放式结构综合、系统地进行信息处理，并不只是达到对系统某些方面高度自治的要求，而是让系统做到统筹全局的整体优化。（2）智能控制综合了很多有关调控方式理论知识的学科，与传统控制理论将反馈控制理论作为核心的理论体系相比，智能控制理论以自动控制理论、人工智能理论、运筹学、信息论的交叉为基础。（3）传统控制只是解决单一的、线性的控制问题，与之相比，智能控制解决了传统控制无法解决的问题，通常是将多层次的、有不确定性的模型、时变性、非线性等复杂任务作为主要控制对象。（4）传统控制通过运动学方程、动力学方程及传递函数等数学模型来进行系统描述。相较而言，智能控制系统把对数学模型的描述、对符号和环境的识别以及数据库和推力器的设计等方面设为重点。机电一体化系统设计课程论文-2-（5）传统控制由不同的定理和定律获取所需知识，而智能控制则通过学习专家经验来获取所需的知识。智能控制系统可以较好的运用相关被控对象和人的控制策略以及被控环境的知识，因此智能控制系统可以模拟或模仿人的智能[3]。1.3智能控制系统的类别1.3.1专家控制系统专家控制系统是在把人的知识、经验和技能汇集在计算机系统中后按照相应的指令程序来操作运行的控制系统，其所涵盖的诸多理论知识在智能控制实行实际任务时发挥了很大作用，提高了控制系统的应用性能。1.3.2分级递阶智能控制系统分级递阶智能控制系统简称为分级控制系统，它是在自组织控制及自适应控制的基础上通过所关联的组织级、执行级以及协调级发挥的作用实行运行的。1.3.3神经网络系统人工神经网络控制系统是神经网络系统在机电一体化系统中应用最为广泛的，它通过运用人工神经元、神经细胞等构成的模式来实行其非线性映射、分布处理、模仿人的智能等主要功能的发挥，具有自适应控制、自组织控制以及大幅度并行处理等优势。1.3.4模糊控制系统模糊控制系统主要包括专家模糊控制以及以神经网络为基础的模糊控制。专家模糊控制能够充分表达并利用实行控制所需的多层次知识，提高了控制技术的智能。而以神经网络为基础的模糊控制利用神经网络来实行模糊控制的规则或推理以实现模糊逻辑控制的功能[3]。2智能控制技术在机电一体化系统、产品中的应用和分析2.1智能控制在机电一体化系统中的应用2.1.1智能控制在机床中的应用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。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：⑴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；⑵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。⑶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。⑷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。机电一体化系统设计课程论文-3-2.1.2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。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。2.1.3智能控制在机器人领域中的应用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。从目前形势来看，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：⑴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。⑵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。⑶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。⑷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。2.1.4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。⑴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。⑵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[4]。2.2智能控制在机电一体化系统中的应用优势2.2.1帮助机电一体化系统完善性能相较于传统的自动化控制系统说来，智能控制系统作为机械工业与微电子工业未来发展的主要方向，智能控制在机电一体化系统中的应用优势首先体现在其可以帮助完善机电一体化系统的性能。智能控制在机电一体化系统中的应用可以帮助省去中间模型分析的环节，准确的根据外部环境的变化趋势来确定调控方最终直接形成控制指令。最终机电一体化系统设计课程论文-4-在在外部环境和控制器的作用下实现控制作业的情况下，帮助机电一体化系统高效、快捷、精度更高的去完成一项工作。2.2.2帮助机电一体化提高工作效率由于采用智能控制技术能够实现机械设备依据操作人员所发出的命令编码自动进入工作状态能够采用智能控制系统可以避免由于人为操作做得等不利因素造成的失误而最终可能引起的不必要的损失，最终影响工作效率。在智能控制系统的帮助下只需要人力完成第一步指令输入即可其余全部由系统根据指令按照流程顺序完成系统运行，能够在最大限度上极大的提高了系统的运行效率进而提高工作效率。2.2.3帮助机电一体化系统增大安全可靠性在智能控制系统的帮助下只需要人力完成第一步指令输入即可，其余全部由系统根据指令按照流程顺序完成系统运行，智能控制系统可以合理地调控设备中的结构或运行程，最终实现对于运作系统的有效的智能控制工作，能够最大限度地保证机电一体化系统的安全可靠性[5]。3结语综上所述随着现代化、国际化和全球化的科学技术发展机电一体化系统中智能控制已经得到了十分广泛的应用，机电一体化系统中智能控制的应用区别于传统的机械自动化的技术，不仅可以改善人们的生活环境还可以有效的提高了社会经济的发展水平因此这就需要我们结合实际情况广开思路、积极创新的对机电一体化系统中智能控制的应用与运行规律进行探索和经验积累，使得智能控制在机电一体化系统中能实现高效的运行以适应社会发展的需要。为我国机电一体化系统中的自动化技术的应用和发展做出应有的贡献。参考文献[1]曲百峰.探讨机电一体化系统中智能控制的应用[J].黑龙江科技信息,2013,20:33.[2]杨德君.浅析机电一体化系统中智能控制的应用[J].科技创新与应用,2014,26:76.[3]吉庆.试析机电一体化中的智能控制策略[J].轻工科技,2012,09:57-58.[4]黎洪洲.智能控制及其在机电一体化系统中的应用研究[J].信息系统工程,2014,03:103-104.[5]张连蔚.谈机电一体化系统中智能控制的应用[J].黑龙江科技信