机电一体化系统中智能控制的应用

摘要：为了增强国家实力，提高国际影响力，我国特别注重工业的发展，至今已卓有成效。正所谓无商不活，无工不强，为了走好强国之路，必须优先发展工业，特别是重工业。在发展工业的过程中，机电一体化技术在数控、建筑、制造业、机器人等众多领域极大地提高了其安全性、稳定性，极大地促进了工业化进程，为现阶段我国的工业转型做出了巨大贡献。在机电一体化中，智能控制逐渐占据十分重要的地位。本文首先介绍机电一体化和智能控制的含义，进而分析其特征，最后重点分析其在机械、机器人、建筑等领域内的应用。

关键词：机电一体化系统；智能控制；应用

百年以来，各种科学技术突飞猛进，这种发展不外乎两种方式，一是本专业的不断探索与提高，二是各学科交叉、融合，借它山之石，攻本行业之玉。在各学科难以提高时，第二种方式尤为重要。现阶段，机械学融合电子学、计算机学、测控技术、伺服传动技术等多种技术，逐渐形成了模块化的整体，称之为机电一体化系统，机电一体化在机械制造、机器人控制、数控机床等各个领域作用巨大、建树颇丰。近年来，随着人工智能等技术等发展，智能控制逐渐被引入机电一体化系统用来取代人力操纵，成果显著。

一、简要介绍

（一） 机电一体化

机电一体化技术（mechatronics）狭义来讲是机械技术（mechanic）与电子技术（electronics）的交叉技术，从单词构成可见一斑。广义来讲是以机械为主体，综合使用机械技术、系统技术、微电子技术、传感检测技术、控制技术、伺服传动技术、电工电子技术等多种技术，使之完成一定的功能，最终构成一个整体的有机体系[1]。

鉴于机电一体化系统引入了多种其他种类的技术，所以综合性较强。此外，因为它是一个有机完整的系统，故具有完整性与系统性。再者，机电一体化由于引进了电子技术，则更多的是通过弱电来控制强电，且弱电强电之间一般都会有隔离措施，如继电器等，因此可以提高工人操作的安全性和可靠性。最后，由于集成电路技术的使用，现在的机电系统一般由很多的小型模块构成，具有很强的替代性且易于使用。

（二） 智能控制

智能控制是指电子计算机通过模拟人类思考与行为方式并将这种方式转化为可供计算机识别的数学模型，在无人的情况下，计算机利用这种模型对生产实践进行分析与操控[2]。智能控制系统必须具模拟人类学习的能力和自适应性等两种能力。

智能控制不是对传统控制方法的否定和批判，而是对传统的发展与深化，智能控制也具有较强的综合性，如综合使用运筹学、控制学、人工智能技术等，它在一定程度上减少了人力控制，提高了整体工作效率。智能控制目前的重难点在于模型的建立与描述、机器识别能力等方面[3]。

二、应用

机电一体化系统的智能控制在各大领域均应用广泛，如制造业、机器人、建筑等领域，以下将一一进行阐述。

（一） 制造业领域

多年前，制造业依靠纸质图纸进行设计、依靠人力进行手工操作，难以保证设计的实时修改以及制造的精度。近20年来，计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程（CAE）的引入，极大地提高了制造业的智能程度，此外，还有3D打印技术的兴起，可以将CAD图纸直接导入，进而打印出实物模型，为设计与修改提供了巨大的便利。

智能制造也是智能控制的又一体现。如机加工时，将原材料装夹成功，放入机床，设置好需要完成的目标参数，则计算机可以自行确定工艺路线（如加工次序、进给量、退刀量、是否换刀、是否需要热处理以及后续处理等）自行审核成品是否符合要求，是否需要再次加工等。如热处理时，可以通过电脑设置加热时间、保温时间以及冷却方式、冷却速率等，以期得到具有目标组织的材料。智能制造可以减少工人的简单重复劳动，提高工人的工作环境，保证产品的精度与质量，智能制造一定是制造业未来的发展方向。

此外，数控机床的使用也是智能控制的一大表现。数控机床是数字技术和机械制造技术相结合的产物，利用数字化技术可以简化机床的操作，如只需在操控界面进行简单编程就可以实现对工件的加工，这极大地降低了机床的操作难度。

（二） 机器人领域

机器人的最终目标是实现拟人化的各种功能，如视觉、运动、思维、语言等。人是光线的反射来观察世界的，而机器人是通过各式各样的传感器来感知外界的，通过一定的传感器，将外界的各项参数，如温度、距离、压力等转变为电信号，将电信号经过一定的处理之后传递给智能控制系统，经过逻辑判断之后，以电信号输出一定的动作。机器人的运动，简单的如安装轮子使其运动，而复杂的则需要对人类的运动行为进行相关研究，将研究成果应用于机器人，如对人类来说简单的屈腿迈步对于机器人便意味着各种复杂的操控。机器人的思维是通过一个个数学模型建立起来的，更准确地说是通过一个个逻辑判断来运行的，随着对人类思维的研究，机器人的思维更加智能，如模糊思维的使用，神经元网络的建立等使得机器人更加“拟人”。机器人的语言主要是通过语音库的调用来实现的，在未来也有可能会出现准确表达机器人意识的语言方式。随着对人类行为、思维等方面的深入研究与模拟，机器人领域的智能控制一定会更加成熟[4]。

（三） 建筑领域

建筑领域对于智能控制应用十分广泛。如各种设备的智能控制，在这些控制系统内，一般而言都有一套负反馈调节系统，通过对结果的分析进而控制起始的物料投放量，以保证合适的用量。如照明的控制，可以将光线的明暗程度、人数的多少及有无、所需的照明强度等量化为一定的参数，通过智能系统实时控制灯光的启停，还可以将电源电压分为多档以控制灯光强度，此外，还可以设置一定量的太阳能电池板，转化太阳能为电能，通过智能控制系统实时控制电池板的朝向，以使其最大程度接收太阳能量。如火灾报警器的控制，可以设置一定的传感器，将空气中的烟雾量转化为电信号，当浓度高于一定量后，报警器自动开启。

三、结束语

现阶段，各行业之间的碰撞与融合已成为不可阻挡的趋势，机电一体化尤为显著，对机电一体化实施智能控制更是当前的发展趋势。它提高了工程效益，保证了工程安全，降低了工作人员的重复劳动，在制造业、机器人、建筑等众多领域发挥着重要的作用，为我国工业的发展做出了不可替代的贡献。我们需要顺应时代潮流，将智能控制稳步向前推进。

参考文献：

[1]杨正蕾，崔少鹰.机电一体化系统中智能控制的应用[J].山东工业技术， 2017（7）：163-163.

[2]朱敬園.机电一体化系统中智能控制的应用研究[J].四川水泥， 2017（6）：125-125.

[3]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，2008，36（8）：280-282.

[4]邵惠东. 机电一体化系统中智能控制的应用分析[J].中国新通信， 2018， v.20（10）：97.

（作者单位：浙江省邮电工程建设有限公司）

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