朱天歡

【摘 要】智能控制是控制理論不斷發(fā)展的結(jié)果，它得利于當(dāng)今不斷發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)。智能控制要求在無人進(jìn)行干預(yù)的情況下，對(duì)智能機(jī)器進(jìn)行自主地驅(qū)動(dòng)，從而達(dá)到控制的目地。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。

【關(guān)鍵詞】智能控制；機(jī)電一體化；應(yīng)用

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。

再次，從對(duì)象和任務(wù)方面來說，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。而傳統(tǒng)控制適用的對(duì)象和任務(wù)比較單一、數(shù)學(xué)模型必須精確和能夠滿足線性要求。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)來看，智能控制強(qiáng)調(diào)描述數(shù)學(xué)模型、識(shí)別環(huán)境和符號(hào)、設(shè)計(jì)推理機(jī)和知識(shí)庫，而傳統(tǒng)控制則側(cè)重于運(yùn)用傳遞函數(shù)、動(dòng)力學(xué)方程、運(yùn)動(dòng)學(xué)方程來描述系統(tǒng)。

最后，智能控制的組織功能、適應(yīng)功能和學(xué)習(xí)功能比傳統(tǒng)控制要強(qiáng)，對(duì)不確定的和高度復(fù)雜的被控環(huán)境和對(duì)象有較強(qiáng)的克服能力。智能控制系統(tǒng)還具備仿人智能和擬人智能。此外，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，前四種方法在機(jī)電一體化系統(tǒng)中有著廣泛的使用。智能控制的基礎(chǔ)為運(yùn)籌學(xué)、人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)和控制理論。

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

機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械制造需要向智能制造系統(tǒng)的方向發(fā)展，通過智能控制實(shí)現(xiàn)模擬專家智能活動(dòng)，延伸或者取代部分的人腦勞動(dòng)。在現(xiàn)代先進(jìn)的機(jī)械制造系統(tǒng)中，智能控制能夠?qū)崿F(xiàn)用一些不完整或者精確的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)一些情況，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)對(duì)機(jī)械制造的過程實(shí)行動(dòng)態(tài)的環(huán)境建模，通過傳感器融合技術(shù)綜合和預(yù)處理信息。智能控制還能夠通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別在線模式，對(duì)不完整的信息進(jìn)行處理；通過模糊關(guān)系和集合的魯棒性，運(yùn)用模糊信息控制動(dòng)作。智能控制還可以用“Then-If”的逆向推理反饋，選擇比較令人滿意的控制參數(shù)和模式對(duì)控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行修改。

在機(jī)械制造領(lǐng)域，智能控制的應(yīng)用主要包括智能學(xué)習(xí)、機(jī)械故障的智能診斷、決策與預(yù)測(cè)、機(jī)械零部件的可靠性分析、機(jī)械零件的優(yōu)化設(shè)計(jì)、切削參數(shù)的優(yōu)化、制造系統(tǒng)監(jiān)控和智能檢測(cè)、加工過程控制和智能傳感器等方面。

2.2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)。如果只運(yùn)用智能控制中的模糊控制算法，那么也能夠提高交流伺服系統(tǒng)的靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度以及抗干擾能力，只是在自學(xué)習(xí)、自組織能力和抖振問題方面還存在著一些欠缺。因此，在交流伺服系統(tǒng)中還要用到智能控制中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，從而減小抖振問題。

2.3智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用

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)能力和魯棒性，人們可以綜合運(yùn)用幾種智能控制技術(shù)，比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和模糊控制相結(jié)合、變結(jié)構(gòu)控制和模糊控制相結(jié)合、專家系統(tǒng)控制和模糊控制相結(jié)合等。

2.4智能控制在數(shù)控領(lǐng)域的應(yīng)用

目前，數(shù)控系統(tǒng)要求性能具有高可靠性、高精度和高速，還要具備擴(kuò)展、延伸和模擬智能行為的很強(qiáng)的知識(shí)處理功能，比如制造網(wǎng)絡(luò)通信的能力、自學(xué)習(xí)和自組織的能力、感知加工環(huán)境能力、自規(guī)劃能力等等。其中有的功能能夠建立清晰的數(shù)學(xué)模型，但是有的功能不能夠建立數(shù)學(xué)模型，所以為了實(shí)現(xiàn)這些功能，在數(shù)控領(lǐng)域必須運(yùn)用到智能控制。比如，運(yùn)用模糊控制，可以優(yōu)化控制加工過程；運(yùn)用模糊推理規(guī)劃，能夠診斷數(shù)控機(jī)床故障；運(yùn)用模糊集合理論，可以調(diào)節(jié)和整定數(shù)控系統(tǒng)中的一些參數(shù)。

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。

3.總結(jié)

智能控制技術(shù)在機(jī)電一體化中有著廣泛地使用，比如在數(shù)控領(lǐng)域、機(jī)器人領(lǐng)域、交流伺服系統(tǒng)領(lǐng)域和機(jī)器制造領(lǐng)域等。智能控制在機(jī)電一體化中有著很重要的作用，它能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的功能，使機(jī)電一體化系統(tǒng)更加完善。人們需要繼續(xù)努力，使得機(jī)電一體化朝著高度智能化的方向發(fā)展。

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