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,社會組織以及企業(yè)對機(jī)電一體化的質(zhì)量與要求也越來越高,尤其是對機(jī)電一體化系統(tǒng)智能控制的要求標(biāo)準(zhǔn)越來越高。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)對系統(tǒng)的控制。因此，智能控制是自動控制理論發(fā)展的必然趨勢。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，新的學(xué)科不斷問世，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)問題，把許多較難實(shí)現(xiàn)的控制難題簡易化，在這樣一個大環(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)電一體化在國外被稱為Mechatronics，是日本人在20世紀(jì)70年代初提出來的，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，這種說法后來得到了世界的認(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)、自動控制技術(shù)、傳感測試技術(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、動力、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動和感知組成要素為基礎(chǔ)，對各組成要素及其間的信息處理，接口耦合，運(yùn)動傳遞，物質(zhì)運(yùn)動，能量變換進(jìn)行研究，使得整個系統(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，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、動力組成要素、感知組成要素、運(yùn)動組成要素、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)。
動力驅(qū)動(動力組成要素)
它為系統(tǒng)提供足夠多的能量和動力促使系統(tǒng)正常運(yùn)行，從而達(dá)到系統(tǒng)的基本控制要求。它的能量來源，驅(qū)動力的選擇是系統(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，生成可識別的信號，傳輸給信息處理單元，經(jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。它的信息檢測、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)
它將來之測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、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)定的動作和功能，是以前面機(jī)械本體、動力驅(qū)動、測試傳感、控制信息處理為基礎(chǔ)的技術(shù)。
2、智能控制
智能控制是一類無需人的干預(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)模擬人類智能的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。
智能控制方式是對許多復(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，使用人類思維的模型或者經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕踔潦欠抡杖祟惿窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)來進(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)代智能控制具有無可比擬的優(yōu)勢。
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)的自動化機(jī)床，能夠根據(jù)已編好的程序，使機(jī)床動作并加工零件，它綜合了機(jī)械、自動化、計(jì)算機(jī)、測量、微電子等最新技術(shù)，使用了多種傳感器的自動化機(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，直接進(jìn)入PLC，控制機(jī)床的運(yùn)行。然后將機(jī)床側(cè)的開關(guān)信號輸入到送入PLC，進(jìn)行邏輯運(yùn)算，這些開關(guān)信號，包括很多檢測元件信號等。PLC輸出信號經(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象，系統(tǒng)再送出T指令給PLC，經(jīng)過譯碼，在數(shù)據(jù)表內(nèi)檢索，找到T代碼指定的刀號，并與主軸刀號進(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。系統(tǒng)送出M指令給PLC，經(jīng)過譯碼，輸出控制信號，控制主軸正反轉(zhuǎn)和啟動停止等等。M指令完成，系統(tǒng)發(fā)出完成信號。
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，對加工對象的適應(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)床自動化程度高，可以減輕勞動強(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別、判斷及規(guī)劃功能。而她具有的感知、識別、理解和判斷功能都是基于智能控制，除此以外智能化機(jī)器人還具有對做過的事總結(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，符號層一般很難直接使用這些信息，需要經(jīng)過壓縮、變換、理解后把它轉(zhuǎn)變?yōu)榉柋硎具@需要智能控制來實(shí)現(xiàn)感知。然后信息是來自分布在不同地點(diǎn)和不同類型的多個傳感器而且是從不同角度，不同的測量方法得到的不同的環(huán)境信息。這些信息需識別就必須用智能控制來排除干擾和各種非確定性因素的影響。接下來將符號層形成的命令和動作意圖，要轉(zhuǎn)變成控制級可執(zhí)行的指令(數(shù)據(jù))，也要經(jīng)過分解、轉(zhuǎn)換等過程，這又是一個理解和判斷的智能控制過程。最后將做過的事情總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并學(xué)習(xí)還是離不開智能控制。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：
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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