機械電子工程智能控制工程的應用

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摘要：在機械電子工程中應用智能控制技術(shù)，可以提高機械電子生產(chǎn)的自動化和多元性，以及控制的精確度，為機械電子生產(chǎn)企業(yè)獲得更多經(jīng)濟效益。在信息技術(shù)革新的背景下，對機械電子工程提出了更高要求，將智能控制工程和機械電子工程結(jié)合起來，符合現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展要求，利用完善的智能控制技術(shù)實現(xiàn)精確智能的操控，可有效促進機械電子工程的未來發(fā)展。在介紹相關(guān)概念和特點的基礎(chǔ)上，闡述智能控制工程在機械電子工程中的具體應用和未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：智能控制工程；機械電子工程；應用

1智能控制工程和機械電子工程概述

1.1智能控制工程

智能控制技術(shù)包含神經(jīng)網(wǎng)絡學、電子信息學和人文科學等學科內(nèi)容。在機械電子工程中，智能控制技術(shù)融入了各類工程控制理論和計算機科學，利用計算機軟件和生物學模仿人類的大腦和肢體功能，搭配先進的控制電子設(shè)備，可以順利實現(xiàn)更加多元、智能化的操控，降低了對人力的依賴性。在實際應用中，智能控制工程以計算機技術(shù)和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以控制理論為指導思想，實現(xiàn)對機械生產(chǎn)的自動化管理控制。智能控制技術(shù)一共經(jīng)歷了3個發(fā)展階段，前期的技術(shù)應用效果并不明顯，后來主要被應用到軍事領(lǐng)域，直到21世紀才進一步擴展了該技術(shù)的應用范圍。使得智能化控制技術(shù)和社會生產(chǎn)結(jié)合起來，并在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持下廣泛應用人工智能技術(shù)，給人們的生產(chǎn)生活帶來極大便利。隨著控制理論及其技術(shù)的不斷完善，控制技術(shù)的應用范圍進一步拓寬，作用進一步強化，在許多大型機械制造過程中發(fā)揮著十分重要的作用，實現(xiàn)了自動化的操作控制和管理。智能控制工程和傳統(tǒng)控制工程最大的區(qū)別是，其可采用智能化、自動化技術(shù)提高機械操作性和應用性。其次，智能控制技術(shù)的應用使得操作更加簡便，能有效解決機械生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種復雜問題，并通過全面綜合的機械技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代控制理論解決許多線形和非線性的問題，尤其在機械工程活動中提供更加科學的技術(shù)支持。

1.2機械電子工程

機械電子工程的發(fā)展基礎(chǔ)是機械工程，集合了計算機、機械和電子等學科技術(shù)。傳統(tǒng)的機械生產(chǎn)由人工控制，生產(chǎn)效率不高，且容易在設(shè)計生產(chǎn)過程中出現(xiàn)異常問題而得不到及時有效解決，不但影響效率還可能會影響生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)安全。為此，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，在機械工程中轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)機械生產(chǎn)模式，利用機械電子工程實現(xiàn)傳統(tǒng)機械工程和電子信息技術(shù)的結(jié)合。加深電子、機械和信息之間的聯(lián)系，在實際產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)和經(jīng)營管理中，機械電子工程結(jié)合機械理論、電子工程知識和計算機知識，完善產(chǎn)品設(shè)計方案。和傳統(tǒng)機械工程相比，機械電子工程的設(shè)計更加精細化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變得更加簡單和集成化，功能更加優(yōu)越。通過科學的規(guī)劃設(shè)計，促使機械制造水平進一步提升，滿足現(xiàn)代化機械生產(chǎn)發(fā)展需要。機械電子工程也經(jīng)歷了多個發(fā)展階段，前期主要采用人工操作的方式進行管控，生產(chǎn)質(zhì)量和效率受到限制。機械加工技術(shù)的不斷研究發(fā)展，推動了機械電子工程的發(fā)展，融入自動化技術(shù)，不斷提升生產(chǎn)規(guī)模和效益。尤其在大數(shù)據(jù)時代，集合大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能技術(shù)，拓寬了機械電子工程的應用范圍，提高機械生產(chǎn)的效率和個性化，降低生產(chǎn)周期，使產(chǎn)品的性能不斷完善。

2智能控制工程在機械電子工程中的應用優(yōu)勢

將智能化技術(shù)應用到機械電子工程，可簡化操作流程，避免人為操作帶來的失誤，提高機械電子工程的運行效率和質(zhì)量，使得機械電子工程運行變得穩(wěn)定安全。同時還能提高整體控制能力，使機械電子工程各環(huán)節(jié)都得到強化。

2.1避免人為因素引起的操作不當

智能化技術(shù)靈活性較高，在機械電子工程設(shè)計施工中采用智能化控制技術(shù)可充分發(fā)揮其靈活性的優(yōu)勢，改正和優(yōu)化傳統(tǒng)機械電子工程設(shè)計施工中存在的問題。由于機械電子工程的設(shè)計與應用受到主客觀因素影響，因此可利用智能化控制技術(shù)實現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)計施工的全方位實時監(jiān)控?？梢栽诤艽蟪潭壬媳苊馊藶橐蛩匾鸬娘L險問題，可以高效反應和判斷具體問題并解決，確保機械電子系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行。同時，智能化技術(shù)的應用可以協(xié)調(diào)各個系統(tǒng)及其設(shè)備，對可控指標進行調(diào)整優(yōu)化，可在整體上提升電氣設(shè)計施工的質(zhì)量和系統(tǒng)運行的水平。

2.2確保數(shù)據(jù)一致

機械電子工程設(shè)計施工的質(zhì)量會受到技術(shù)、材料設(shè)備和人員、自然環(huán)境和施工條件等因素影響。尤其是設(shè)計方案存在的問題沒有得到有效解決，導致施工中出現(xiàn)多次變更，影響到獲得數(shù)據(jù)的完整性，增加數(shù)據(jù)分析結(jié)果偏差。為此必須提高數(shù)據(jù)的一致性，利用智能化控制技術(shù)可全方面收集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，避免數(shù)據(jù)遺漏和錯誤。同時，可以提高數(shù)據(jù)處理的效率和準確性，可根據(jù)不同技術(shù)形式采用針對性的數(shù)據(jù)處理方法，有效提高機械電子設(shè)計的科學有效性，以及機械電子工程設(shè)計施工的質(zhì)量。

2.3提升整體控制能力

結(jié)合智能化控制技術(shù)和機械電子工程，可及時反饋系統(tǒng)及其設(shè)備的數(shù)據(jù)。智能化控制器能保障生產(chǎn)正常進行，還能發(fā)揮自動化的技術(shù)優(yōu)勢，及時發(fā)現(xiàn)和解決存在的隱患，獲得正確反饋信息。同時，可以遠程控制生產(chǎn)設(shè)備，提升企業(yè)整體運行的控制能力。

2.4強化機械電子工程各模塊，簡化自動化模型控制

機械電子工程具有模塊化的性質(zhì)，在發(fā)展中涉及許多技術(shù)。這些技術(shù)的應用使得機械電子模塊化發(fā)展成為必然趨勢。在傳統(tǒng)機械電子工程中，模塊還不夠完善且模型控制復雜?，F(xiàn)階段，在機械電子工程中，采用智能化控制技術(shù)進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)整理和分析，可有效提升對整個系統(tǒng)的控制效果，強化系統(tǒng)生產(chǎn)運行的效率和質(zhì)量，提高參數(shù)運行的準確性，還能防止設(shè)備和工藝運行出現(xiàn)故障。此外，可對機械電子工程系統(tǒng)模型控制進行簡化，從根本上減少對模型的控制，提升整體工作效益。

3智能控制工程在機械電子工程中的具體應用分析

3.1模糊控制系統(tǒng)的應用

傳統(tǒng)的機械生產(chǎn)加工工藝十分復雜且流程繁多，對技術(shù)要求高、工作量大，但是生產(chǎn)效率低，無法確保生產(chǎn)質(zhì)量。采用人工控制的方式，不但會增加勞動量和勞動成本，而且還會因為人工操作失誤影響系統(tǒng)實施效果。通過構(gòu)建智能控制模型，采用模糊控制理論，不但提高了控制工作的精確性，加大了誤差控制的范圍，使控制工作在規(guī)定范圍內(nèi)開展。同時，減少了對人工的需要，有利于提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低自動控制難度。在模糊控制實際應用中需要注意的是，應加大對生產(chǎn)誤差控制范圍的研究力度，提高模糊控制技術(shù)對機械電子工程控制的精確程度。3.2專家控制系統(tǒng)的應用專家控制系統(tǒng)和傳統(tǒng)控制方式相比，對數(shù)學模型的依賴性大大減弱，不用受到受控對象因內(nèi)外部環(huán)境改變而引起結(jié)構(gòu)及其參數(shù)變化的影響。計算機系統(tǒng)在長期實踐中通過模擬專家行為，利用智能化的方式進行操作和控制，可進一步提高控制系統(tǒng)的性能，提高生產(chǎn)精確度。例如，在高精度機床生產(chǎn)中，利用專家控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)對機械加工全過程動態(tài)智能化的補償控制，減少誤差范圍，有利于提升加工精確度。

3.3智能集成控制的應用

在機械電子工程中，集成自動化控制技術(shù)是較常見的技術(shù)工藝。在機械電子工程中的應用可促使控制系統(tǒng)得到全面升級優(yōu)化。利用該技術(shù)，可以實現(xiàn)對生產(chǎn)環(huán)節(jié)及其各設(shè)備的統(tǒng)一化管理，能集中人力物力，提高監(jiān)督管理的水平，促使機械電子工程有序協(xié)調(diào)發(fā)展，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的效率和效益。此外，采用集成自動化控制技術(shù)，可全面監(jiān)測多臺設(shè)備的運行情況和生產(chǎn)數(shù)據(jù)指標，從而開展全方面的控制管理，及時分析處理異常情況，確保機械電子生產(chǎn)的有序性和高效率。

3.4神經(jīng)網(wǎng)絡控制的應用

神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)是利用人腦的統(tǒng)一控制，實現(xiàn)對身體其他各個部位的控制。該技術(shù)根據(jù)這一理論設(shè)計出全新的智能控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡控制體系的不斷完善，完成對機械電子設(shè)備的高效控制管理。不但提高了控制管理水平，有利于保障產(chǎn)品的質(zhì)量，而且節(jié)約了人工控制的成本。通過對整個神經(jīng)元的信息一體化整合、分析和反饋，利用神經(jīng)元，實現(xiàn)對相關(guān)機械電子產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)的指令或口令，促進了智能自動化控制的發(fā)展，也有利于機械電子工程行業(yè)的發(fā)展。

3.5魯棒控制的應用

在現(xiàn)階段機械電子工程生產(chǎn)研究中，魯棒控制研究是指在設(shè)備受到外界干擾時，可以保持原來的控制系統(tǒng)性能，促使機械電子工程得以順利開展。例如，在柔性臂軌跡制造中采用滑膜結(jié)構(gòu)控制，并以此為基礎(chǔ)研發(fā)魯棒控制器，使得系統(tǒng)控制器在結(jié)構(gòu)和性能方面得到優(yōu)化。在實際操作時，利用補償計算方法，使滑膜結(jié)構(gòu)和魯棒控制組合起來控制，確?？刂葡到y(tǒng)在目標軌跡運行中發(fā)揮精確的控制功能。3.6預測控制技術(shù)的應用在機械電子工程中，采用預測控制技術(shù)是為了提前實現(xiàn)對設(shè)備運行的預測。將預測結(jié)果反饋給操作系統(tǒng)，實現(xiàn)對設(shè)備運行的良好控制，從而滿足機械電子生產(chǎn)控制的需要。例如，在機械電子生產(chǎn)中，高速液壓機轉(zhuǎn)速和壓力的增大，會使機械負載沖擊作用加大，導致設(shè)備系統(tǒng)故障，影響運行精確度和安全性。利用預測控制技術(shù)，可以高速液壓機實際運行情況為依據(jù)，建立科學的預測模型，控制設(shè)備運行速度和壓力，實現(xiàn)對運行誤差的精確預測和控制，有效消除運行中的速度和壓力誤差，提高設(shè)備運行的精確度和安全性。

4智能控制工程的發(fā)展前景

4.1高速度、高精度、高效化發(fā)展

促使智能化技術(shù)發(fā)展的主要指標是速度、精度和效率。在現(xiàn)代化機械電子工程中，采用自動化智能化技術(shù)，可實現(xiàn)手動控制無法實現(xiàn)的目標，不僅解放了勞動力，而且也有利于減少誤差，提升生產(chǎn)精確度。在智能控制工程發(fā)展過程中，使用超精密磨削技術(shù)，可以提高機械電子產(chǎn)品生產(chǎn)的精確度。在一些尖端行業(yè)，例如，航天航空領(lǐng)域，未來將采用更加高效的自動化技術(shù)，促使機械電子工程朝著高速度、高精度和高效化的方向發(fā)展。

4.2柔性化控制發(fā)展

智能化控制技術(shù)在機械電子工程中的柔性化發(fā)展，一方面是機械電子自動化群控系統(tǒng)，另一方面是機械電子自動化數(shù)控系統(tǒng)。其中，群控系統(tǒng)主要是對信息流與物料流的動態(tài)調(diào)整，能夠嚴格按照生產(chǎn)流程的要求開展工作。

4.3網(wǎng)絡化機械制造模式

未來機械制造模型和模式會朝著網(wǎng)絡的方向發(fā)展，產(chǎn)品生產(chǎn)中的設(shè)備和技術(shù)將進一步完善。微機技術(shù)和精密控制技術(shù)的應用將不斷推動聯(lián)網(wǎng)機械制造的發(fā)展，從而使機械電子制造朝著更加高質(zhì)量和高水平的目標發(fā)展。

4.4模具成型技術(shù)

在模具成型過程中，自動化技術(shù)的應用可有效提高模具的生產(chǎn)精確度，可將模具的精確度控制在微米等級內(nèi)。在未來發(fā)展中，相關(guān)技術(shù)的完善和創(chuàng)新，將使模具的成型和應用更好地為模具制造和機械電子制造帶來更多方便。

5結(jié)語

人們對機械電子產(chǎn)品的要求越來越高，必須加大機械電子工程生產(chǎn)控制優(yōu)化，才能確保機械電子產(chǎn)品生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，促使機械電子工程朝著信息化、智能化和自動化的方向發(fā)展。將智能控制工程應用到機械電子生產(chǎn)中，可通過兩者結(jié)合，使機械電子工程生產(chǎn)效率和質(zhì)量得到有效提高，減少資源開發(fā)人員的數(shù)量，節(jié)約生產(chǎn)成本，確保生產(chǎn)安全以及未來機械制造自動化的發(fā)展。機械制造企業(yè)應積極利用現(xiàn)代化自動化技術(shù)，并不斷在實踐中探索創(chuàng)新，充分發(fā)揮技術(shù)在機械電子生產(chǎn)中的作用，為企業(yè)帶來更多經(jīng)濟效益。

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作者：付曉云 單位：沈陽理工大學