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智能控制及其在机电一体化系统

01月07日 编辑 fanwen51.com

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摘要:随着近年来机电一体化系统控要求的不断提升,导致了被控制的对象以及控制目标等变得日益复杂起来,在机电―体化的控制过程中智能控制系统显得尤为突出和重要。因此,本篇文章主要侧重介绍智能控制及智能控制技术在机电一体化系统中的实际应用。

在当今这个不断发展的社会中,电子技术中的微电子技术和具有及大规模集成电路的快速发展,使得电子技术逐渐变得更加完善,并能够大规模的应用到实际生产和各种工业过程中去,正是这种快速的起步,也就要求需要不断增加对控制效果的各方面要求。在工业生产过程中经常会出现各种方面的不确定性,例如结构变化性、结构多层次性以及众多因素性等等,这些不确定性在很大程度上影响着数学模型的精确建立,在这些不确定性因素的多方面影响下一般只能逐渐的导出一些简单的数学模型,对于一些复杂的数学模型就很难实现有效控制了。

因此在这种艰难的条件下,相关技术人员就萌发了通过智能控制来实现难于优先控制的模型,正是由于智能控制的出现和快速发展,才为解决这些难题提供了捷径。随着越来越多的智能控制方法的广泛应用,智能控制方法也得到了更多的重视,智能控制系统在整个机电一体化中也起到了超级多的作用。

1.智能控制特点及主要方法

本文所介绍的智能控制系统是整个控制理论发展过程中的高级阶段,智能控制系统总结了传统的控制系统,并有针对性的找出了传统控制理论存在的不足,在完善不足和有效创新的完美结合下逐步发展起来,智能控制理论可以有效面对以往那些难以克服的控制任务。

总结智能控制理论与系统和传统控制理论与系统的差异,可以得到主要的几个方面:第一方面为智能控制理论是对传统理论的延伸和完善,智能控制系统包含了传统控制系统,传统控制系统是智能控制系统的最初阶段。

相比传统控制系统而言,智能控制系统具备了更多综合信息的处理能力。在这里要尤为强调的一点就是,智能控制系统的最终目的是追求整个控制系统的多方面优化而不是这个系统的全局控制。第二方面主要讲述智能控制的主要对象和任务,前文已经提到过,有些模型具有不确定性以及任务要求高难度性等等,具有这些性质的模具,单一的使用传统控制方法是很难进行有效控制的,但是在智能控制系统的应用之后,这些难题很快就被一一的解决了。

第三方面是传统控制主要通过各种各样的公式和相关定理来获取这方面的有效知识,不同的是智能控制主要通过和专家来学习这方面的经验,并通过经验和实际的操作来获取有关知识。

智能控制系统具有足够的关于人的控制策略、被控对象及环境的有关知识以及运用这些知识的能力,智能控制用拟人化的方式来表达,即智能控制系统具有拟人的智能或仿人的智能。智能控制系统并不排斥传统控制理论,常规控制往往包含在智能控制之中,智能控制也利用常规控制的方法来解决“低级”的控制问题,并力图扩充常规控制方法并建立一系列新的理论与方法来解决更具有挑战性的复杂控制问题。智能控制具有较强学习功能、适应功能和组织功能,能克服被控对象和环境所具有的高度复杂性和不确定性,实现有效控制。

2.智能控制在机电一体化中的应用

2.1.机器人领域的智能控制

机器人在动力学方面常常是强耦合、时变、非线性的,在传感器信息方面是多信息的,在控制参数上是多变量的,在控制任务要求上是多任务的,这些特性正适合智能控制的应用。智能控制技术已经应用到机器人领域的许多方面,如机器人多传感器信息融合和视觉处理,移动机器人行走过程的自主避障,行走路径规划、定位、轨迹跟踪,机器人手臂动作规划,空间机器人的姿态控制,具有自学习、自适应功能的控制器设计等。

采用人工神经网络、模糊控制和专家系统技术对机器人进行定位、环境建模、检测、控制和规划的研究已经日趋成熟,并在许多实际应用系统中得到验证。神经网络具有强大的自学习和非线性映射能力,实时性好,在机器人动力学上广泛应用,尤其适合于多自由度机械臂的现场学习控制。

采用神经网络的方法,对各传感器的输入信息进行融合,系统具有很强的容错性和鲁棒性。模糊控制是一种具有鲁棒特性的智能控制方案,在机器人的建模、控制、对柔性臂的控制、力/位置控制、模糊补偿控制、对基于传感器的机器人控制以及移动机器人路径规划等各个不同层面都有广泛的应用和研究。免疫算法用于移动机器人路径发现与规划,同时遗传算法和进化计算为机器人系统带来了新型的优化编程和控制技术。

2.2.交流伺服系统中的智能

作为较为典型的控制伺服驱动装置,它是机电一体化产品中的主要组成部分,对于实现各种电信号控制机械动作的控制起着直接作用。尤其是现在科技技术的不断发展,交流伺服系统对于整个控制系统的功能作用也起着即为重要的作用。随着电力电子技术的迅速发展和矢量控制技术的应用,交流调速系统的性能也日益提高,使得伺服系统由直流逐步向交流转化。

2.3.机械制造过程中的智能控制

所谓智能控制也就是将经典的控制理论与计算机应用技术紧密结合起来,并应用于机电一体化这一行业中去,通过智能理论的控制,发展成为崭新的控制制造理论与技术。控制技术正向着智能控制系统这一大方向进行着不断的延伸。智能控制系统的最终目标就是专家能够通过计算机模拟系统智能的控制各种机械活动,通过这种控制工作来逐步的取代或者协助人力及脑力劳动,这在很多方面都减轻了相关人员的负担与工作量。

3.结语

总而言之,控制系统技术行业随当今不断进展的社会形态,拥有着较广的发展空间及远景,特别是智能控制系统,不仅能够成为整个控制行业的领军,且会成为未来行业的支柱,更将是21世纪机电一体化技术发展的主要方向。智能控制技术的快速发展更需要相关技术人员不断的探索与完善,相比较而言智能一体化能够在整个行业领域里发挥着较深远的作用

参考文献:

[1]李航一,孙厚芳,袁光明等.智能控制及其在机器人领域的应用[J].河南科技大学学报:自然科学版,2005,26(1):35 38.

[2]李文,欧青立,沈洪远等.智能控制及其应用综述[J].重庆邮电学院学报:自然科学版,2006,18(3):376 381.

智能控制及其在机电一体化系统

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