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淺析機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的應(yīng)用
機(jī)電一體化是我們國(guó)家機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展的主流,也是提高制造業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的重要途徑。在科學(xué)技術(shù)比較發(fā)達(dá)的時(shí)代,社會(huì)組織以及企業(yè)對(duì)機(jī)電一體化的質(zhì)量與要求也越來(lái)越高,尤其是對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)智能控制的要求標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高。下面小編為畢業(yè)生們準(zhǔn)備了一篇關(guān)于機(jī)電一體化系統(tǒng)中智能控制的論文，希望可以幫助同學(xué)們哦！
摘 要：機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù),將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。它使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入了“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。智能控制則是機(jī)電一體化與傳統(tǒng)電氣化的主要區(qū)別之一，它是應(yīng)用人工智能的理論與技術(shù)和運(yùn)籌學(xué)的優(yōu)化方法，并將其同控制理論方法與技術(shù)相結(jié)合，在未知環(huán)境下，仿效人的智能，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。因此，智能控制是自動(dòng)控制理論發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文主要闡述了機(jī)電一體化的基本定義、智能控制及智能控制技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化 技術(shù) 智能控制 應(yīng)用 PLC
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的學(xué)科技術(shù)正在逐漸的推出了歷史舞臺(tái)，新的學(xué)科不斷問(wèn)世，技術(shù)之間的融合比任何時(shí)代都更加密切，機(jī)電一體化就是在順應(yīng)這樣的歷史潮流中誕生出來(lái)了。它使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化。但是，隨著機(jī)電一體化的日臻成熟，一般的控制效果已經(jīng)滿足不了可以市場(chǎng)發(fā)展的需求，智能控制也就順應(yīng)這樣的需求產(chǎn)生了，它的產(chǎn)生解決了傳統(tǒng)意義上的許多技術(shù)問(wèn)題，把許多較難實(shí)現(xiàn)的控制難題簡(jiǎn)易化，在這樣一個(gè)大環(huán)境下，智能控制技術(shù)受到了前所未有的重視，也在機(jī)電一體化中的應(yīng)用起著不可替代的作用。
1、機(jī)電一體化的概述
1.1、機(jī)電一體化的定義
機(jī)電一體化在國(guó)外被稱為Mechatronics，是日本人在20世紀(jì)70年代初提出來(lái)的，它是將英文Mechanics的前半部分和Electronics的后半部分結(jié)合在一起構(gòu)成的一個(gè)新詞，意思是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，這種說(shuō)法后來(lái)得到了世界的認(rèn)可。它的具體定義表述為，機(jī)電一體化技術(shù)是在以微型計(jì)算機(jī)為代表的微電子技術(shù)、信息技術(shù)迅速發(fā)展向機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域迅猛滲透并與機(jī)械電子技術(shù)深度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，從系統(tǒng)理論出發(fā)根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，以智力、動(dòng)力、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和感知組成要素為基礎(chǔ)，對(duì)各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運(yùn)動(dòng)傳遞，物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，能量變換進(jìn)行研究，使得整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合與綜合集成，并在系統(tǒng)程序和微電子電路的有序信息流控制下，形成物質(zhì)的和能量的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)，在高功能、高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗等諸方面實(shí)現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價(jià)值系統(tǒng)工程技術(shù)。
1.2、機(jī)電一體化的核心技術(shù)
機(jī)電一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。硬件主要是由結(jié)構(gòu)組成要素、動(dòng)力組成要素、感知組成要素、運(yùn)動(dòng)組成要素、智能組成要素五大要素有機(jī)結(jié)合而成。
1.3機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)組成圖
機(jī)械本體(結(jié)構(gòu)組成要素)
它包括有機(jī)身、框架、支撐、聯(lián)接等，是系統(tǒng)的所有功能要素的重要機(jī)械支持結(jié)構(gòu)。它的材質(zhì)，質(zhì)量直接影響到機(jī)器的總體的性能和產(chǎn)品的質(zhì)量，是機(jī)電一體化的基本組成技術(shù)。
動(dòng)力驅(qū)動(dòng)(動(dòng)力組成要素)
它為系統(tǒng)提供足夠多的能量和動(dòng)力促使系統(tǒng)正常運(yùn)行，從而達(dá)到系統(tǒng)的基本控制要求。它的能量來(lái)源，驅(qū)動(dòng)力的選擇是系統(tǒng)能否高效實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的要求關(guān)鍵技術(shù)。
測(cè)試傳感(感知組成要素)
它為系統(tǒng)的運(yùn)行所需要的本身和外部環(huán)境的各種參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，生成可識(shí)別的信號(hào)，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過(guò)分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。它的信息檢測(cè)、信息處理和信息分析能力是提高系統(tǒng)控制可靠性、靈敏度、精確度的可靠保證。
控制信息處理(智能組成要素)
它將來(lái)之測(cè)試傳感部分的信息及外部直接輸入的指令進(jìn)行集中、存儲(chǔ)、分析、加工處理后，按照信息處理結(jié)果和規(guī)定的程序與節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個(gè)系統(tǒng)有目的的運(yùn)行。它所采用的控制技術(shù)和信息處理技術(shù)水平的高低直接關(guān)系到生產(chǎn)效率的高低，是企業(yè)賴以生存的技術(shù)保障。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)(運(yùn)動(dòng)組成要素)
他的基本特點(diǎn)是根據(jù)控制及信息處理部分發(fā)出的指令，完成規(guī)定的動(dòng)作和功能，是以前面機(jī)械本體、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、測(cè)試傳感、控制信息處理為基礎(chǔ)的技術(shù)。
2、智能控制
智能控制是一類(lèi)無(wú)需人的干預(yù)由智能機(jī)器自主地實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的過(guò)程。它是在在結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的，熟悉的或陌生的環(huán)境中，自主地或與人交互地執(zhí)行人類(lèi)輸入的規(guī)定軟件程序，智能控制是用計(jì)算機(jī)模擬人類(lèi)智能的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。
智能控制方式是對(duì)許多復(fù)雜的系統(tǒng)，難以建立有效的數(shù)學(xué)模型和用常規(guī)的控制理論去進(jìn)行定量計(jì)算和分析，而必須采用定量方法與定性方法相結(jié)合的控制方式，也是基于邏輯規(guī)則，使用人類(lèi)思維的模型或者經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕踔潦欠抡杖祟?lèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)的模型。而普通控制方式是完全基于數(shù)學(xué)的控制，兩者相比可以知道現(xiàn)代智能控制具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。
3、智能控制技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用
智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化研究可收益性得到了大家前所未有的認(rèn)可，數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人的智能化就是重要的兩大方面應(yīng)用。
3.1、PLC智能控制在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
數(shù)控機(jī)床是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床，能夠根據(jù)已編好的程序，使機(jī)床動(dòng)作并加工零件，它綜合了機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、測(cè)量、微電子等最新技術(shù)，使用了多種傳感器的自動(dòng)化機(jī)床。
PLC組成的智能控制程序，系統(tǒng)操作面板的控制信號(hào)先是進(jìn)入NC，然后由NC送到PLC，控制數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行。機(jī)床操作面板控制信號(hào)，直接進(jìn)入PLC，控制機(jī)床的運(yùn)行。然后將機(jī)床側(cè)的開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入到送入PLC，進(jìn)行邏輯運(yùn)算，這些開(kāi)關(guān)信號(hào)，包括很多檢測(cè)元件信號(hào)等。PLC輸出信號(hào)經(jīng)外圍控制電路中的繼電器、接觸器、電磁閥等輸出給控制對(duì)象，系統(tǒng)再送出T指令給PLC，經(jīng)過(guò)譯碼，在數(shù)據(jù)表內(nèi)檢索，找到T代碼指定的刀號(hào)，并與主軸刀號(hào)進(jìn)行比較。如果不符，發(fā)出換刀指令，刀具換刀，換刀完成后，系統(tǒng)發(fā)出完成信號(hào)。系統(tǒng)送出M指令給PLC，經(jīng)過(guò)譯碼，輸出控制信號(hào)，控制主軸正反轉(zhuǎn)和啟動(dòng)停止等等。M指令完成，系統(tǒng)發(fā)出完成信號(hào)。
這一以PLC為核心的智能控制系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用，具有加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量，對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)，適應(yīng)模具等產(chǎn)品單件生產(chǎn)的特點(diǎn)，為模具的制造提供了合適的加工方法，如果加工零件改變，只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省大量生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，另一方面，機(jī)床自動(dòng)化程度高，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。更有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。
3.2智能控制在機(jī)器人上的應(yīng)用
智能機(jī)器人具有感知功能與識(shí)別、判斷及規(guī)劃功能。而她具有的感知、識(shí)別、理解和判斷功能都是基于智能控制，除此以外智能化機(jī)器人還具有對(duì)做過(guò)的事總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)的功能。
具體表現(xiàn)如下:首先感知傳感器所獲取的反饋信息通常是數(shù)量很大的數(shù)值信息，符號(hào)層一般很難直接使用這些信息，需要經(jīng)過(guò)壓縮、變換、理解后把它轉(zhuǎn)變?yōu)榉?hào)表示這需要智能控制來(lái)實(shí)現(xiàn)感知。然后信息是來(lái)自分布在不同地點(diǎn)和不同類(lèi)型的多個(gè)傳感器而且是從不同角度，不同的測(cè)量方法得到的不同的環(huán)境信息。這些信息需識(shí)別就必須用智能控制來(lái)排除干擾和各種非確定性因素的影響。接下來(lái)將符號(hào)層形成的命令和動(dòng)作意圖，要轉(zhuǎn)變成控制級(jí)可執(zhí)行的指令(數(shù)據(jù))，也要經(jīng)過(guò)分解、轉(zhuǎn)換等過(guò)程，這又是一個(gè)理解和判斷的智能控制過(guò)程。最后將做過(guò)的事情總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并學(xué)習(xí)還是離不開(kāi)智能控制。所以機(jī)器人要想實(shí)現(xiàn)智能化就必須走出之前固定的程序話僵硬模式，采用智能控制技術(shù)。
結(jié)語(yǔ)：
智能控制是使機(jī)電一體化區(qū)別于一般意義上的機(jī)械自動(dòng)化的根本特征，機(jī)電一體化的智能化是21世紀(jì)的發(fā)展方向�，F(xiàn)今，機(jī)電一體化的智能控制還存在很多不足，但是智能控制的研究可收益性已經(jīng)得到了全世界前所未有的認(rèn)可。我們應(yīng)該加大對(duì)智能控制的研究，促使機(jī)電一體化的進(jìn)一步飛速發(fā)展。
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