机电一体化系统中智能控制的应用探讨

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摘 要：近年来，随着科学技术的快速发展，机电一体化系统应用范围也不断扩大，系统应用过程中存在的问题也越来越多。尤其是在加入智能控制技术之后。鉴于此，本文首先对智能控制的概念、特点和类别进行简要介绍，并在分析其优势的基础上探讨机电体系化系统中智能控制的实际应用，以此来将智能控制的作用在机电一体化中最大限度的发挥出来。

关键词：机电一体化；智能控制；应用

一、智能控制的概述

1、机电一体化智能控制系统的概念

就目前机电一体化中所涉及的智能控制系统来看，其主要是一个知识处理系统，该系统可以模拟人工智能或者具有人工智能的系统。智能控制器和外部环境作为构成该系统的两个重要组成部分，对于系统的稳定运行均发挥了重要作用。智能控制系统在运行过程中，主要是通过对与广义对象相关的固有知识和信息的收集、分析和处理，达到使系统处于最佳状态的目的。在整个系统中，固有知识和信息占据了重要的地位，一旦收集到的信息缺乏实效性和准确性，那么势必会影响到系统的运行效果。除此之外，外部环境对系统运行质量的优化也有一定的影响，工作人员需要综合分析外部环境的实际情况，采取最佳的措施。

2、机电一体化智能控制系统的特点

其一，智能控制是在传统控制的基础上发展而来的，属于高级控制。具有处理信息的综合能力较强，实现全局优化系统的特点。此外，智能控制在结构上引入了分布式、分级式和开放式等多种结构。

其二，智能控制系统融合了不同学科技术，包括微电子技术、机械技术、信息技术等，是在多门学科的交叉下产生的一门技术。

其三，与传统控制相比，智能控制的对象更加宽泛，任务也更加复杂，具有极强的不确定性。传统控制对象和任务都比较单一。在系统设计方面，传统控制的重点在于运用动力学方程、传递函数、运动学方程来描述系统，而智能控制系统更加侧重于数学模型、设计推理、识别环境和符号以及知识库。

其四，在学习功能、适应功能以及组织功能等多个功能方面，智能控制系统要更胜一筹，即使是在较为复杂的工作条件下，或者被控制对象较为复杂的情况下，都有极强的克服能力。此外，智能控制系统一个最大的特点就是实现了拟人和仿人智能的功能。同时，智能控制系统的混合控制过程可以用数学实现，一些非数学的广义模型也可以描述出来，使用的是多模态控制方式，这种方式是定性决策、定量控制和开闭环控制相互结合的体现。

3、智能控制系统的类别

其一，分级控制系统。影响分级控制系统稳定运行的因素主要有两个方面：自适应控制和自组织控制。一般情况下，分级控制系统一共包括三方面的内容，一个的组织级，另外两个是分别是协调级以及执行级系统控制，虽然从表面上的来看，三者各承担着不同的任务，但实际上，三者之间是相互联系、密不可分的关系。

其二，学习控制系统。对于人类来说，我们所拥有智慧都是通过学习体现出来的，也就是说，学习是激发智慧唯一途径。对学习控制系统的理解，首先是识别和调整全部内部的结构，然后才是利用信号的不间断输入和复杂的处理数据，只有做到上述两个方面，系统才能正常工作。学习控制系统有时也会对许多信息经过自己的识别后进行自动的判断操作。

其三，专家控制系统。在智能控制系统中，一个最为重要的形式就是专家控制系统。专家控制系统的组成主要有两部分：一个是工程控制论，另一个就是专家系统。专家控制系统主要应用于工业设计以及故障分析，由于其由于领域的广泛性，决定了专家控制系统必须包含多门学科的专业知识，只有这样，专家控制系统才能真正解决实际问题，实现专家控制系统的价值。

其四，神经网络系统。在机电一体化系统中，应用最为广泛的就是人工神经网络控制系统，该系统的的实现方式是将神经细胞以及人工神经元等经过组合，形成一种新的模式，从而实行分布处理、非线性映射以及模仿人的智能等。神经网络系统具有自组织控制、自适应控制的优势，除此之外，还能对一些信息进行大幅度并行处理。由此可见，通常神经网络系统主要有两大功能：即模仿者真人系统和智能控制系统，近年来，随着科学技术的快速发展，神经网络系统得到了人们的广泛关注，并且已经成为重要的研究领域。

其五，模糊控制系统。模糊控制系统的组成主要包括两个部分：模糊控制和专家模糊控制。专家模糊控制能够充分表达控制过程中需要的多层次知识，同时还能将这些知识进行有效地应用，控制技术的自智能化得到了进一步提高。模糊控制的基础是神经网络，模糊控制通过神经网络，就能够实现对模糊控制的规则或推理。从而实现模糊逻辑控制的功能。

其六，PLC控制系统。PLC 自动控制系统采用的主要编程模式是梯形图，因此，操作难度较低，作为操作人员，很容易掌握该系统，除此之外，设计控制方案较为简单，对系统的日常管理和维护的要求也比较低，很适合目前我国自动控制技术。另外，PLC 自动控制系统与其它系统相比，体积比较小，因此，无论是连接，还是拆卸，都比较简单，有很强的灵活性。即使是在不同的场合下，也可以使用此项系统。例如在电镀生产过程中，电镀生产主要涉及温度、电流密度、pH值和搅拌强度等参数条件，PLC控制系统选用欧姆龙系列，24点和16点输出。由于需要控制的信号较多，各信号类型和承载功能不同，为确保PLC控制发挥最佳的功能，对其I/O点进行合理分配，并结合实际需要适当扩展，运用该系统能够实现全部工序和参数自动化，控制协同化，提高了生产效率。

二、智能控制在机电一体化系统中的应用优势

智能控制技术的应用是机电一体化系统改革与完善过程中的一项重要内容，该技术的有效应用不仅完善了机电一体化系统的性能，同时还提高了机电一体化的工作效率和可靠性。

1、完善机电一体化系统的性能

从前文的分中，我们可以看出，智能控制技术的组成主要分为两个部分：一个是智能控制器，另一个就是外部环境。因此，智能控制技术主要是根据外部环境的变化，从而对系统的工作内容进行智能化调控。此外，在数控系统设计阶段，通常采用的设计方案为模块化设计，该设计方案功能较为广泛，可裁剪性强，基本上能够满足全部的机电一体化生产要求。在群控制系统中的效果控制中，凭借操作流程就可以实现控制，使得系统调整满足需求。由此可见，智能控制能够有效提高机电一体化系统系统的性能。

2、提高机电一体化的工作效率

要想提高机械制造的效率，就必须创新机械制造技术、开发新型的制造控制模式。因此，为了提高机电一体化的工作效率，技术人员在机械制造一体化系统中，引入了将智能控制技术，此项技术是以计算机为载体，采用专家控制系统的学习、认知功能，对机械制造信息进行充分地认知和学习学习，然后在对信息进行识别和和处理等工作，残缺信息的处理利用效率得到了提高。机电一体化智能控制体现在操作和加工等环节，将智能控制运用到工业生产过程中，操作流程得以优化，同时缩短了加工时间。复合加工是智能控制的重要体现，数控机床实现了多轴加工，满足了多控制需要，取代了大部分人工工作，而且实现了多道工艺一次性加工，因此，智能控制有效提高了机械制造机电一体化系统的工作效率。

3、增大机电一体化系统的安全可靠性

智能控制是多门学科交叉形成的，属于高级控制。有极强的信息处理能力，实现全局优化系统。即使是在较为复杂的工作条件下，或者被控制对象较为复杂的情况下，都有极强的克服能力。因此，与传统控制相比，更加安全、可靠。此外，智能控制技术能够对对机电一体化系统中的部分程序和结构进行智能化控制与调试，以此来保证机电一体化系统的安全性和可靠性，增大安全性和可靠性的同时，提高了工作效率。

三、智能控制在机电施工领域的应用

1、基于PLC的仓库照明智能控制

基于PLC仓库照明智能控制以节约能源为出发点，由于工业仓库面积和窗户面积较大，因此，一般采用以下设计方案：照明智能控制体统中的控制器选择PLC，对光照的强度进行调节；根据仓库实际情况，分为多个区域对照度进行检测，以照度计为装置，对仓库光照强度进行检；由传感器对光照强度进行采集，将其转换为电流信号，转换完成之后，模拟量输入通道将电流信号自动传输给PLC，由PLC发出转换命令，当模拟量完成向浮点型的转换之后，将被自动存储在数据块中。被动式红外探测器能够对当前仓库内人员的活动情况进行检测，同样，红外探测信号以数字量输入通道为媒介，将信号传输给PLC，并存储于数据块。

工作原理： 系统控制分为手动和自动控制两种模式。在自动控制模式下，将照明按照时段设置，可分为日间和夜间照明。定时对仓库每个区域的照度进行检测，根据工业仓库实际情况对灯具进行分组，保证每个区域内灯具数量一致并均匀排布。 在日间，如果由于天气原因导致照度不能满足设定要求，则可以通过智能照明控制算法对照明灯的组数进行调节。如果仓库处于无人状态，也就是被动式探测器探测不到人员活动的情况下，会自动将仓库内所有灯关闭。如果是在手动照明模式下，灯具的开关以等级为准。

2、高层建筑火灾自动报警

一旦发生火灾，将会被智能灭火系统中红外探测器捕捉，立即报告给火灾控制器，当火灾报警控制器接受到红外探测器信号之后，根据编程逻辑将命令发送给联动控制器，当联动控制器接收到指令之后，会将火灾报警及其它装置依次启动。

当接收到信号之后，系统会自动将火灾部位的排烟口、送风口以及相关设施打开；此时将未发生火情的其它设施关闭。在进行设计时，地下车库也应当设置排风排烟系统，并将电动防火阀关闭，接收反馈信号。为了保证系统的可靠性没在进行设计时，如果系统所控制所有装置需要同时完成动作，采取独立的反馈和控制方式。

气体灭火任何一个保护区内都设有双探测器回路，一旦某个回路产生报警，此时，系统进入报警状态，警铃自动鸣叫；如果两个回路都报警，此时闪灯和蜂鸣器会做出相应反应，通知人员尽快疏散，并将相关设施关闭；将“时间延迟”装置启动，并开始倒数，结束计时后，气体灭火控制器将会打开气瓶，气体将经过相应管路到达相应保护区域，气体释放后，压力开关将会接收到已释放信号。智能气体灭火控制器通过网络线与火灾报警控制器连接，其工作状态时时传送至消防控制中心。

3、地铁屏蔽门系统

信号级控制方式。从现阶段来看，我国在电气控制系统方面取得了飞速发展，已经实现了自动化运行。当电气设备接收到信号之后，能够及时做出反应，完成动作，是列车内外设备可调度运行的重要保证。在电气控制命令中，最为重要的就是信号传输。将信号传输功能设置在屏蔽门中，能够保证在规定时间内，列车达到相应站台，而且能其误差标准能够控制在规定范围内。我们通常所见的开关门，就利用了电气自动控制。当列车和屏蔽门开关时，屏蔽门监测系统就会发挥其作用。站务人员通过车控室监测平台，就能够及时掌握每个门开关的运行状态数据。此外，为了便于专业人员巡查，在设备房内就会的设置监测平台。

站台级控制方式。一旦屏蔽门或者信号系统发生故障，此时可以采用就地控制盘进行操作，该操作需要由车站人员和列车人员共同完成。通常情况下。对于屏蔽门控制系统的设计，需要站台人员和列车司机共同配合完成，当列车到达站台后， 站务人员通过操作就地控制盘对屏蔽门的开关状态进行操作。站台级控制的目的在于，即使在列车与屏蔽门不能联动的状态下，屏蔽门也能够正常开启。

4、音乐喷泉智能控制

音乐喷泉的运行主要由PLC 来完成，通过音乐的频率信号对PLC的输出进行控制，PLC 开关量信号将会被变频器自动接收，从而对不同频率的交流电进行控制，此时，水泵的喷头就会根据指令做出相应变变化，人们就会看到喷泉喷水随着音乐旋律而变化。此外PLC还可以对彩灯以及水泵进行控制，实现彩灯组跟随音乐节奏进行同步变换。

控制流程：PLC 初始化后，首先需要对启动按钮的状态进行检测，确保其处于按下状态，进而启动电动机，如果想要关闭电动机，只需停止按钮按下即可。电动机启动信号是变频器启动的前提条件，只需一台电动机启动工作变频器就可以启动。PLC对变频器的控制室根据读入的开关量数值，对输出进行控制，从而达到选择输出频率的目的。电机转速和水柱高低变换通过改变输出电流实现。彩灯跟随音乐节奏做出相应变换，该功能的实现由读入数值进行控制。如果按下PLC 启动按钮，则PLC 控制启动第一台水泵电机，经过10s 后，对停止按钮的状态进行检测，如果未被按下，则将第二台水泵电机启动，如果已被按下，则程序执行电动机停止程序，将水泵电机按照顺序依次关闭。彩灯的控制与启动按钮的状态无关，程序运行后，彩灯就开始工作。变频器启动后，就开始读取输入的开关量，对电机进行控制。

结语：

综上所述，作为机电一体化系统未来发展的一个必然趋势，智能控制对系统的运行质量具有重要意义。从本文的分析我们能够看出，智能控制在机电一体化系统中具有诸多优势，但随着系统的不断优化与完善，对智能控制也必然会提出更高的要求，这就要求我们要在未来的时间里，不断努力、探索，以期通过对智能控制的不断完善来进一步提高机电一体化系统的自动化和智能化。

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