智能控制工程在机械电子工程中的应用

付晓云

（沈阳理工大学，辽宁沈阳 110159）

1 智能控制工程和机械电子工程概述

1.1 智能控制工程

智能控制技术包含神经网络学、电子信息学和人文科学等学科内容。在机械电子工程中，智能控制技术融入了各类工程控制理论和计算机科学，利用计算机软件和生物学模仿人类的大脑和肢体功能，搭配先进的控制电子设备，可以顺利实现更加多元、智能化的操控，降低了对人力的依赖性。在实际应用中，智能控制工程以计算机技术和信息技术为基础，以控制理论为指导思想，实现对机械生产的自动化管理控制。

智能控制技术一共经历了3 个发展阶段，前期的技术应用效果并不明显，后来主要被应用到军事领域，直到21 世纪才进一步扩展了该技术的应用范围。使得智能化控制技术和社会生产结合起来，并在大数据技术的支持下广泛应用人工智能技术，给人们的生产生活带来极大便利。随着控制理论及其技术的不断完善，控制技术的应用范围进一步拓宽，作用进一步强化，在许多大型机械制造过程中发挥着十分重要的作用，实现了自动化的操作控制和管理。智能控制工程和传统控制工程最大的区别是，其可采用智能化、自动化技术提高机械操作性和应用性。其次，智能控制技术的应用使得操作更加简便，能有效解决机械生产中出现的各种复杂问题，并通过全面综合的机械技术，结合现代控制理论解决许多线形和非线性的问题，尤其在机械工程活动中提供更加科学的技术支持。

1.2 机械电子工程

机械电子工程的发展基础是机械工程，集合了计算机、机械和电子等学科技术。传统的机械生产由人工控制，生产效率不高，且容易在设计生产过程中出现异常问题而得不到及时有效解决，不但影响效率还可能会影响生产质量和生产安全。为此，随着信息技术的不断发展，在机械工程中转变传统机械生产模式，利用机械电子工程实现传统机械工程和电子信息技术的结合。加深电子、机械和信息之间的联系，在实际产品设计生产和经营管理中，机械电子工程结合机械理论、电子工程知识和计算机知识，完善产品设计方案。和传统机械工程相比，机械电子工程的设计更加精细化，产品结构变得更加简单和集成化，功能更加优越。通过科学的规划设计，促使机械制造水平进一步提升，满足现代化机械生产发展需要。

机械电子工程也经历了多个发展阶段，前期主要采用人工操作的方式进行管控，生产质量和效率受到限制。机械加工技术的不断研究发展，推动了机械电子工程的发展，融入自动化技术，不断提升生产规模和效益。尤其在大数据时代，集合大数据、云计算和人工智能技术，拓宽了机械电子工程的应用范围，提高机械生产的效率和个性化，降低生产周期，使产品的性能不断完善。

2 智能控制工程在机械电子工程中的应用优势

将智能化技术应用到机械电子工程，可简化操作流程，避免人为操作带来的失误，提高机械电子工程的运行效率和质量，使得机械电子工程运行变得稳定安全。同时还能提高整体控制能力，使机械电子工程各环节都得到强化。

2.1 避免人为因素引起的操作不当

智能化技术灵活性较高，在机械电子工程设计施工中采用智能化控制技术可充分发挥其灵活性的优势，改正和优化传统机械电子工程设计施工中存在的问题。由于机械电子工程的设计与应用受到主客观因素影响，因此可利用智能化控制技术实现对系统设计施工的全方位实时监控。可以在很大程度上避免人为因素引起的风险问题，可以高效反应和判断具体问题并解决，确保机械电子系统正常稳定运行。同时，智能化技术的应用可以协调各个系统及其设备，对可控指标进行调整优化，可在整体上提升电气设计施工的质量和系统运行的水平。

2.2 确保数据一致

机械电子工程设计施工的质量会受到技术、材料设备和人员、自然环境和施工条件等因素影响。尤其是设计方案存在的问题没有得到有效解决，导致施工中出现多次变更，影响到获得数据的完整性，增加数据分析结果偏差。为此必须提高数据的一致性，利用智能化控制技术可全方面收集相关数据信息，避免数据遗漏和错误。同时，可以提高数据处理的效率和准确性，可根据不同技术形式采用针对性的数据处理方法，有效提高机械电子设计的科学有效性，以及机械电子工程设计施工的质量。

2.3 提升整体控制能力

结合智能化控制技术和机械电子工程，可及时反馈系统及其设备的数据。智能化控制器能保障生产正常进行，还能发挥自动化的技术优势，及时发现和解决存在的隐患，获得正确反馈信息。同时，可以远程控制生产设备，提升企业整体运行的控制能力。

2.4 强化机械电子工程各模块，简化自动化模型控制

机械电子工程具有模块化的性质，在发展中涉及许多技术。这些技术的应用使得机械电子模块化发展成为必然趋势。在传统机械电子工程中，模块还不够完善且模型控制复杂。现阶段，在机械电子工程中，采用智能化控制技术进行系统数据整理和分析，可有效提升对整个系统的控制效果，强化系统生产运行的效率和质量，提高参数运行的准确性，还能防止设备和工艺运行出现故障。此外，可对机械电子工程系统模型控制进行简化，从根本上减少对模型的控制，提升整体工作效益。

3 智能控制工程在机械电子工程中的具体应用分析

3.1 模糊控制系统的应用

传统的机械生产加工工艺十分复杂且流程繁多，对技术要求高、工作量大，但是生产效率低，无法确保生产质量。采用人工控制的方式，不但会增加劳动量和劳动成本，而且还会因为人工操作失误影响系统实施效果。通过构建智能控制模型，采用模糊控制理论，不但提高了控制工作的精确性，加大了误差控制的范围，使控制工作在规定范围内开展。同时，减少了对人工的需要，有利于提升生产效率和质量，降低自动控制难度。在模糊控制实际应用中需要注意的是，应加大对生产误差控制范围的研究力度，提高模糊控制技术对机械电子工程控制的精确程度。

3.2 专家控制系统的应用

专家控制系统和传统控制方式相比，对数学模型的依赖性大大减弱，不用受到受控对象因内外部环境改变而引起结构及其参数变化的影响。计算机系统在长期实践中通过模拟专家行为，利用智能化的方式进行操作和控制，可进一步提高控制系统的性能，提高生产精确度。例如，在高精度机床生产中，利用专家控制系统，可实现对机械加工全过程动态智能化的补偿控制，减少误差范围，有利于提升加工精确度。

3.3 智能集成控制的应用

在机械电子工程中，集成自动化控制技术是较常见的技术工艺。在机械电子工程中的应用可促使控制系统得到全面升级优化。利用该技术，可以实现对生产环节及其各设备的统一化管理，能集中人力物力，提高监督管理的水平，促使机械电子工程有序协调发展，提高产品生产的效率和效益。此外，采用集成自动化控制技术，可全面监测多台设备的运行情况和生产数据指标，从而开展全方面的控制管理，及时分析处理异常情况，确保机械电子生产的有序性和高效率。

3.4 神经网络控制的应用

神经网络系统是利用人脑的统一控制，实现对身体其他各个部位的控制。该技术根据这一理论设计出全新的智能控制系统，通过网络控制体系的不断完善，完成对机械电子设备的高效控制管理。不但提高了控制管理水平，有利于保障产品的质量，而且节约了人工控制的成本。通过对整个神经元的信息一体化整合、分析和反馈，利用神经元，实现对相关机械电子产品设计生产的指令或口令发布，促进了智能自动化控制的发展，也有利于机械电子工程行业的发展。

3.5 鲁棒控制的应用

在现阶段机械电子工程生产研究中，鲁棒控制研究是指在设备受到外界干扰时，可以保持原来的控制系统性能，促使机械电子工程得以顺利开展。例如，在柔性臂轨迹制造中采用滑膜结构控制，并以此为基础研发鲁棒控制器，使得系统控制器在结构和性能方面得到优化。在实际操作时，利用补偿计算方法，使滑膜结构和鲁棒控制组合起来控制，确保控制系统在目标轨迹运行中发挥精确的控制功能。

3.6 预测控制技术的应用

在机械电子工程中，采用预测控制技术是为了提前实现对设备运行的预测。将预测结果反馈给操作系统，实现对设备运行的良好控制，从而满足机械电子生产控制的需要。例如，在机械电子生产中，高速液压机转速和压力的增大，会使机械负载冲击作用加大，导致设备系统故障，影响运行精确度和安全性。利用预测控制技术，可以高速液压机实际运行情况为依据，建立科学的预测模型，控制设备运行速度和压力，实现对运行误差的精确预测和控制，有效消除运行中的速度和压力误差，提高设备运行的精确度和安全性。

4 智能控制工程的发展前景

4.1 高速度、高精度、高效化发展

促使智能化技术发展的主要指标是速度、精度和效率。在现代化机械电子工程中，采用自动化智能化技术，可实现手动控制无法实现的目标，不仅解放了劳动力，而且也有利于减少误差，提升生产精确度。在智能控制工程发展过程中，使用超精密磨削技术，可以提高机械电子产品生产的精确度。在一些尖端行业，例如，航天航空领域，未来将采用更加高效的自动化技术，促使机械电子工程朝着高速度、高精度和高效化的方向发展。

4.2 柔性化控制发展

智能化控制技术在机械电子工程中的柔性化发展，一方面是机械电子自动化群控系统，另一方面是机械电子自动化数控系统。其中，群控系统主要是对信息流与物料流的动态调整，能够严格按照生产流程的要求开展工作。

4.3 网络化机械制造模式

未来机械制造模型和模式会朝着网络的方向发展，产品生产中的设备和技术将进一步完善。微机技术和精密控制技术的应用将不断推动联网机械制造的发展，从而使机械电子制造朝着更加高质量和高水平的目标发展。

4.4 模具成型技术

在模具成型过程中，自动化技术的应用可有效提高模具的生产精确度，可将模具的精确度控制在微米等级内。在未来发展中，相关技术的完善和创新，将使模具的成型和应用更好地为模具制造和机械电子制造带来更多方便。

5 结语

人们对机械电子产品的要求越来越高，必须加大机械电子工程生产控制优化，才能确保机械电子产品生产的效率和质量，促使机械电子工程朝着信息化、智能化和自动化的方向发展。将智能控制工程应用到机械电子生产中，可通过两者结合，使机械电子工程生产效率和质量得到有效提高，减少资源开发人员的数量，节约生产成本，确保生产安全以及未来机械制造自动化的发展。机械制造企业应积极利用现代化自动化技术，并不断在实践中探索创新，充分发挥技术在机械电子生产中的作用，为企业带来更多经济效益。