智能控制及其在机电一体化系统中的应用郭中豪

智能控制及其在机电一体化系统中的应用郭中豪

(天津市天房科技发展股份有限公司,天津300100)

摘要: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。

关键词:智能控制;机电一体化;应用

一、智能控制介绍

智能控制(intelligentcontrols)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。控制理论发展至今已有100多年的历史,经历了“经典控制理论”和“现代控制理论”的发展阶段,已进入“大系统理论”和“智能控制理论”阶段。智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。20世纪80年代以来,信息技术、计算技术的快速发展及其他相关学科的发展和相互渗透,也推动了控制科学与工程研究的不断深入,控制系统向智能控制系统的发展已成为一种趋势。智能控制综合了多门学科,比如自动控制、人工智能、信息论和运筹学等,它克服了传统控制理论的许多缺点,能够用来控制各种复杂的系统。

二、智能控制以及机电一体化的特点分析

2.1机电一体化

(1)机电一体化含义

很多行业的发展,特别是重工业发展,由于需要大量的体力劳动,而机械产品的研制成功,有效的解决了体力劳动难题,减少了劳动人民的工作强度,而机械产品往往应用到较为复杂、环境恶劣的条件下,这个时候,机械产品如果需要正常工作,离不开人工操作,因此,单纯的依靠机械,无法切实提高工作效率,而电子技术可以实现远程遥控,信号传递,正因如此,将电子优势应用于机械方面,可以更好的发挥机械与电子的各自优势,确保机电一体化产品不仅可以应用于复杂环境,还可以提高工作效率。目前,机电一体化技术主要是指将机械设计方面技术与电子传感器技术、微型处理器技术以及信号传输处理等技术进行充分结合,建立综合性应用系统,更好的服务于实际生活。

(2)机电一体化特点

机电一体化依据机械电子技术的特点,具有包括三个方面,一个是具有传统的机械技术,良好的机械技术可以有效的提高工作效率;另一个是具有自动控制技术,利用电子传感器等技术,实现机电工作的自动控制;最后是具有典型的计算机技术,机电一体化的微电子技术充分发挥计算机技术,提高了机械工作的稳定性与高效性。

2.2智能控制技术

(1)智能控制含义

智能控制的最直接理解就是系统可以在无人操作的情况下,实现自动运行,自动校正处理,实现智能化操作。智能控制的核心离不开计算机与自动控制技术,由多个学科交叉组成,依靠信息理论、自动化技术以及人工智能等知识技术,充分利用计算机的高速运算以及复杂系统的自动控制,实现自动控制,确保系统可以在全天候工作,不受到复杂、恶劣环境的影响。智能控制有效的解决了环境对系统的影响,极大的提高了工作效率。

(2)智能控制特点

智能控制因包含多种学科,因此,其具有广泛的特点,由于其依靠人工智能理论为基础,因此,具有显著的智能性;利用自动控制技术,智能控制可以对非线性特点进行精确分析,实现智能化操作;结合计算机技术,智能控制可以及时有效的处理大量数据,满足多任务、多要求环境,因此,可以提高极高的性能要求。总体而言,智能控制在处理不确定性、高复杂度环境以及模糊设计方面,具有典型的优势,可以很好的根据环境变化做出智能分析,因此,将智能控制应用于机电一体化中可以发挥很大的优势。

三、智能控制在机电一体化系统中的应用

3.1智能控制在机械制造过程中的应用

在现代先进的机械制造系统中,智能控制能够实现用一些不完整或者精确的数据预测一些情况,通过神经网络和模糊数学对机械制造的过程实行动态的环境建模,通过传感器融合技术综合和预处理信息。智能控制还能够通过神经网络识别在线模式,对不完整的信息进行处理;通过模糊关系和集合的鲁棒性,运用模糊信息控制动作。智能控制还可以用“Then-If”的逆向推理反馈,选择比较令人满意的控制参数和模式对控制机构进行修改。在机械制造领域,智能控制的应用主要包括智能学习、机械故障的智能诊断、决策与预测、机械零部件的可靠性分析、机械零件的优化设计、切削参数的优化、制造系统监控和智能检测、加工过程控制和智能传感器等方面。

3.2智能控制在交流伺服系统的应用

伺服驱动装置是一种转换部件和装置,它能够使电信号转换为机械动作,并且决定着控制的功能和质量以及系统的动态性能,它是机电一体化的重要的组成部分。智能控制中电力电子技术的发展能够提高交流调速系统性能,实现直流的伺服系统向交流的伺服系统的转变。将智能控制引入交流伺服系统,能够帮助交流伺服系统应对比如负载扰动、参数时变、被控对象和交流电动机严重的非线性特性以及较强的耦合性这样一些不确定的因素,帮助交流伺服系统通过不确定的模型获得较满意的PID参数,满足系统的高性能指标要求。常规的PID控制和智能控制技术相结合,能够形成智能PID,方法就是通过非线性的控制方式将人工智能引入到控制器,使系统的控制性能更好,并且能够不依赖控制器参数和精确的数学模型进行自动地调整,使得系统的适应性增强。

3.3智能控制在机器人领域的应用

在动力学方面,机器人是非线性、时变和强耦合的;在控制参数方面,是多变量的;在传感器信息上,是多信息的;在控制任务的要求方面,是多任务的,因此,从这些方面的分析可以得出智能控制非常适合运用于机器人领域。而且,目前在机器人领域也广泛地使用到了智能控制技术,比如机器人地行走路径规划、机器人的定位和轨迹跟踪、机器人的自主避障、机器人姿态控制等。在机器人领域,人们可以通过采用智能控制中的模糊控制、人工神经网络、专家系统技术进行环境建模和检测、机器人定位、汽车柔性制造等。为了提高机器人系统的适应能力和鲁棒性,人们可以综合运用几种智能控制技术,比如神经网络控制和模糊控制相结合、变结构控制和模糊控制相结合、专家系统控制和模糊控制相结合等.

3.4智能控制在数控领域的应用

目前,数控系统要求性能具有高可靠性、高精度和高速,还要具备扩展、延伸和模拟智能行为的很强的知识处理功能,比如制造网络通信的能力、自学习和自组织的能力、感知加工环境能力、自规划能力等等。其中有的功能能够建立清晰的数学模型,但是有的功能不能够建立数学模型,所以为了实现这些功能,在数控领域必须运用到智能控制。比如,运用模糊控制,可以优化控制加工过程;运用模糊推理规划,能够诊断数控机床故障;运用模糊集合理论,可以调节和整定数控系统中的一些参数。在数控领域,还可以利用遗传进化算法,找到数控系统的最佳加工路径;还可以运用智能控制中的预测和预算功能,在高速加工时加强对综合运动的控制。

结束语:

智能控制技术在机电一体化中有着广泛地使用,比如在数控领域、机器人领域、交流伺服系统领域和机器制造领域等。随着科学技术的不断进步,机电一体化系统也会朝着高度智能化的方向发展。

参考文献

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[3]李景涛,韩英.机电一体化技术及其应用研究[J].机械管理开发,2010(01).

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