智能控制的价值分析及其在机电一体化系统中的应用

薛小晶

【摘  要】传统的机电一体化技术更注重对机械方面的发展，而随着科技的发展，机电一体化技术的内涵得到了丰富，如何使机械实现柔性化和智能化发展成为技术研究人员探索的重点。智能控制技术为相关研究人员提供了便利，有助于相关研究工作的开展。论文深入分析了智能控制技术的价值，并指出了智能控制技术在机电一体化系统中应用的意义和现状，提出通过加大研发力度、优化应用效果、扩大应用范围等方式对2种技术进行融合，旨在提升各行业的生产效率。

【Abstract】Traditional mechatronics technology pays more attention to the development of machinery. With the development of science and technology， the connotation of mechatronics technology has been enriched. How to make machinery realize the development of flexibility and intelligence has become the focus of exploration by technical researchers. Intelligent control technology provides convenience for relevant researchers and contributes to the development of relevant research work. This paper deeply analyzes the value of intelligent control technology， points out the significance and current situation of the application of intelligent control technology in mechatronics system， and puts forward the integration of the two technologies by increasing the intensity of research and development， optimizing the application effect and expanding the application scope， aiming to improve the production efficiency of various industries.

【关键词】智能控制;价值;机电一体化;应用路径

【Keywords】intelligent control; value; mechatronics; application paths

【中图分类号】TP273;TH-39                                             【文獻标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2021）10-0191-03

1 引言

我国机电一体化的研究具有起步晚、发展快的特点，对相关技术的要求逐步提升，科研人员必须强化相关工作的开展，促进相关领域系统开发工作，进而在更大程度上提升我国科技水平。智能控制的核心就是掌握知识和运用知识，因此，智能控制系统具有自学习、自适应等特点，通过将智能控制和机电一体化系统进行融合，必然会实现机电一体化系统更加完善的目标。为更好地将两门技术融合，需要深入探究智能控制的理论知识和价值，并明确机电一体化系统的发展方向，进而明确二者融合的重要意义，并结合二者当下的融合成果，进而实现让两门技术深度融合的目标，提升企业的生产效率。

2 智能控制的价值

在国家大力支持科研工作开展的新时期，各领域都在深入探索提升生产效率的途径。自动控制领域也在积极转变发展方向，力求让相关技术向智能化方向发展。传统自动控制具有一定的局限性，在无法完成模型建立的情况下，无法对外界情况进行感知和分析，且很难在系统出现故障时继续工作。而智能控制可以弥补传统自动控制系统中的不足，其主要价值如下：

①具有不确定性模型优势。对于一些难以精确建模的系统来说，智能控制可以通过摆脱数学模型，根据直觉推理、经验知识以及操作技巧等智能行为，对系统实施控制。

②具有信息交流优势。通过智能控制技术，可以制造出新型信息输入装置和输出装置，此类装置可以接受多种命令等形式的信息，与系统进行信息交流，并提升输出能力。

③具有非线性优势。智能控制可以解决传统控制无法实现高度非线性控制效果的问题，并在功能上与传统控制兼容，提升控制效果。

④具有学习功能。智能控制可以实时监控被测对象相关程序，并对已获取的信息进行学习和记忆，提升系统控制性能。

⑤具有适应功能。智能控制可以不依赖于模型而自适应控制，即当系统中某一部分出现故障时，也能进行控制，当系统智能程度极高时，甚至可以自动找出故障并进行排除。此外，当系统输入未学习过的例子时，借助插补功能，也可以给出适合的输出结果。

3 机电一体化系统的概念

机电一体化是指将机械技术与微电子技术、信息技术进行融合，进而达到以信息技术为目标，提高工作效率的效果，其中，信息处理技术是相关研究的关键部分。机电一体化的产品具有功能增多、体积减少、可靠性提高、节约能源等优势，是当代新技术革命的一大趋向。机电一体化系统的基本构成如图1所示。在科技高速发展的时代，为满足企业的生产需求，未来的机电一体化产品将不再仅需要替代单一、程序化的人工劳动，还要成为人类感官与智慧的延伸，实现智能化的目标。因此，提升相关产品的智能化和柔性化水平以及企业生产效率成为机电一体化技术的发展方向。

4 智能控制在机电一体化系统中应用的重要意义

为更好地开展机电一体化系统的研发工作，可以将智能控制应用于相关工作中，以此实现让技术代替人脑，提升工作效率，减少工作中因操作流程过于枯燥、细致等原因导致操作失误的问题。在机电一体化系统中，智能控制的重要意义如下。

4.1 提高产品精度

在科技高速发展的时代，客户对产品的精度提出了极高的要求，传统数控机床中，虽然可以在一定程度上保证零件的精度，但依然无法满足客户要求。而通过使用智能控制技术，可以在多种智能化芯片的辅助下，实现保证生产效率的同时提高产品精度的目标，进而保障生产企业的经济效益，满足客户的发展需求，还可以促进我国科技水平的提升。

4.2 减少人力投入

在传统的生产活动中，往往需要大量的人力负责机床控制，对工作人员的工作能力、技术水平提出了较高要求，且为避免人工失误，通常需要操作人员之间互相监督，并在工作过程中长期集中注意力，不仅需要提升操作人员的数量，还需增加其工作强度。而通过将智能技术融入机电一体化系统，可以减少人力投入。操作人员只需要具备简单的知识技能，进行简单的流程调试工作，进而可以在很大程度上减轻工作负担。由此可见，智能控制技术的应用，既可以保障生产效率和产品质量，又能优化操作流程，避免人力资源的浪费。

4.3 提升元器件性能

通过融入智能控制技术，机电一体化系统中设备的元器件性能也可以得到优化和提升，如显示器件的分辨率可以得到提升，硬件装置可以获得更好的结构模块，且当结构模块出现问题时可以及时地修正，控制装置可以实时监测设备运行情况等。通过提升元器件性能，可以使相关系统得到进一步优化，为工作人员提供更多便利，更深层次地满足生产企业和客户的实际需求。

4.4 提升系统可靠性

智能控制技术可以有效地对设备运行程序进行调控，进而优化机电一体化系统的性能，使其在运行过程中更加安全可靠。

5 智能控制在机电一体化系统中应用的现状

就机电一体化的总体发展方向而言，智能控制的发展可以有效地加快其发展进程。近年来，智能控制已经在机器人、数控、机械制造等方面都得到了应用，并取得了显著成果，通过控制生产流程，使各个生产环节得到优化，满足不同产品生产的要求，促进了机电一体化系统的发展。当前，智能控制在机电一体化系统中的主要应用如下。

5.1 在机械制造中的应用

在人工生产过程中，不仅对工作人员的数量和能力提出更高要求，且面对复杂化、机械化的生产工序，难免因疲劳而出现人工方面的问题，如个别产品质量出现问题、生产出现疏漏等，无法保障生产质量。机械制造的水平代表着我国工业制造的水平，将智能控制与计算机辅助技术融入机械制造生产是当下最先进的机械制造技术。智能控制技术可以在减轻工作人员体力劳动强度的同时，进行脑力劳动的模拟工作，在一定程度上替代脑力劳动，完善机械制造过程，让机械制造技术进一步向智能化方向发展，减少操作人员的工作任务，并保障生产工序安全可靠。智能控制技术可以对机械制造的过程进行模拟，对获取的信息进行预处理并开展参数修改工作。这样，在整个机械制造的流程中，可以通过执行已经编写好的程序，并在出现问题的情况下将具体信息反馈到控制中心，通过分析处理进行参数的调整和修改工作，进而采取科学的处理方案，避免事故的影响扩大，保障机械生产能够安全进行。

5.2 在数控技术中的应用

在科技发展的过程中，数控技术的重要性逐渐得到了体现，其核心就是保障产品加工的精度。在传统的控制系统中，虽然可以通过数控技术提升加工精度，但其在进行高度复杂和精密的零件加工中，还存在一定的不足，而将智能控制应用于数控技术中，可以建立更加科学高效的操作平台。因此，必须强化对数控系统的研发，在完善其现有智能功能的同时，开发出更多的新型智能功能，进而优化机械加工过程，通过尽可能多地模拟人类智能，实现智能数控技术编程、智能化数据管理等，为工作人员带来便利。

例如，可以利用智能控制专家系统解决数控领域中难以确定的算法问题，辅助技术人员开展工作，也可以通过智能控制推理规则对数控现场故障进行推理，协助维修人员进行工作。此外，可以利用智能控制系统辅助数控机床对零件进行结构的分析，以此提升零件产品加工的精度。

5.3 在机器人领域中的应用

目前工业上使用的90%以上的机器人都不具备智能化特征，智能机器人具有较强的系统综合性，需要具备动态规划、环境感知等能力，可用于医疗、农业、工业、消防等领域。为更好地提升生产、教育、医学、军事等领域的工作效率，各国都在强化智能机器人的研发工作。通过将智能技术应用于机电一体化中，可以實现制造智能机器人的目标，具体体现在智能机器人参数控制系统中。智能机器人可以将传感器作为“感觉器官”，并将控制器作为“大脑”，并利用输出装置对机器人的“身体”进行控制，机械部分接受主控系统的控制信号作出相应行动，调整手臂姿态、行走路径等，进而在缺乏人为干预的情况下实现自动控制，促进社会发展，更好地满足人们的工作和生活需求。

5.4 在交流伺服系统中的应用

在机电一体化系统中，伺服系统可以精确跟随或浮现输入过程，其组成如图2所示。交流伺服系统在工作过程中，易受载荷影响，具有时变性，即其参数随时可以改变，且交流电动机与被控对象也存在非线性因素的问题。通过将智能控制系统应用于其中，可以借助其非线性优势、信息交流优势与不确定模型优势，提高交流伺服系统的性能，保障机电一体化系统的稳定性。

6 提升智能控制在机电一体化系统中的应用有效性的路径

通过上述分析可知，在未来的机电一体化系统中，智能控制必然占据核心地位，因此，当下各相关领域都在强化对智能控制技术的研究，以此加快其发展速度。在科技的推动下，智能控制系统必然以更加完善的功能促进机电一体化的发展。为更好地将两门技术进行融合，需要深入探索提升应用效果的路径，主要方法如下：

①加大研发力度。智能控制技术是一门刚刚得到广泛应用的技术，因此，其实际开发尚且存在一定不足。为更好地进行相关技术的开发，必须加大研发力度，更好地提升智能控制系统的理论研究水平，并将理论知识用于科研实践，推进机电一体化系统的发展。

②扩大应用范围。在当下的机电一体化领域中，虽然在一定程度上融入了智能控制技术，但依然有很多方向尚未将智能控制技术应用其中，因此，必须扩大智能控制技术的应用空间，以此提升相关技术的研究效果，进而提升两门技术融合的有效性。

③优化应用效果。科技必然处于发展过程中，虽然当下智能控制技术已经在数控机床、交流伺服系统等多方面得到应用，并取得较好效果，然而，研究人员依然需要继续在相关方向开展研究，进而进一步提升相关技术的完善程度，优化系统性能，促进科技、经济发展。

7 结语

智能控制凭借其独特价值在现代机电一体化系统中得到了有效的运用，为社会生活生产带来了便利。而智能控制技术在发展和完善的过程中，必然会在机电一体化系统中得到更加广泛的应用，对我国的生产制造产生更深入的影响，为更多行业带来便利，改善人们的生活。因此，相关部门必须加大对相关技术的研究力度，扩大智能控制技术的应用范围和提升技术应用效果，进而实现促进科技长远发展的目标。

【参考文献】

【1】何琪.智能控制技术推动下的机电控制教学改革研究——评《机电控制技术导论》[J].材料保护，2020，53（8）：168.

【2】涂杰.机械一体化系统的知识体系及项目应用——评《机电一体化技术》[J].林产工业，2019，46（4）：68.

【3】王凯.基于计算机技术的机床机电一体化数控系统设计[J].粘接，2020，43（9）：145-148.

【4】刘志勇，窦勇.2019面向人工智能的计算机体系结构专题前言[J].计算机研究与发展，2019，56（6）：1133-1134.

【5】王成勤，李威，孟宝星.智能控制及其在机电一体化系统中的应用[J].机床与液压，2008（8）：280-282+300.

【6】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.

【7】董勇，谢士敏.机电一体化系统中智能控制的应用体会[J].数字技术与应用，2011（10）：93.

【8】李文，欧青立，沈洪远，等.智能控制及其应用综述[J].重庆邮电学院学报（自然科学版），2006，18（3）：376-381.

【9】李航，孙厚芳，袁光明，等.智能控制及其在機器人领域的应用[J].河南科技大学学报（自然科学版），2005（1）：35-39.

【10】汪木兰，陆红伟，严爱珍.人工智能技术在数控系统中的应用研究[J].组合机床与自动化加工技术，2001（9）：18-19+42.