粉末冶金技术中智能控制的应用

向 丹

（内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古 包头 014000）

粉末冶金工艺过程的自动化和智能化是未来粉末冶金技术的重要发展方向之一。但粉末冶金过程是一个较为复杂的过程，各工艺的参数系统具有时变、非线性及干扰因素较多等特点，很难建立起精确的数学模型。而经典控制理论和现代控制理论都以数学模型为基础，难以对整个过程实现自动化控制或控制效果不佳。而智能控制系统不完全依赖于受控对象的数学模型，主要利用人们的操作经验、知识和推理技术以及控制系统的某些信息和性能做出相应的控制动作。这种控制系统作为一种通过定性与定量相结合的综合集成方法，是人工智能和控制系统相结合的产物，能够针对系统环境和任务的复杂性、模糊性、不确定性、非线性过程或者对象的控制中。所以在人工神经网络、专家系统、模糊控制等智能控制理论在粉末冶金过程控制中应用的研究日益受到重视。

1 人工神经网络在粉末冶金中应用分析

1.1 人工神经网络

其主要就是以真实的人脑神经网络结构、功能为基础，通过对中不同特征理论抽象、简化所建立的信息处理系统。对于分布式并行的处理技术，其神经计算机和当前数字计算机都得到良好的运用。而人工神经网络的出现，有效地解决了很多的问题，而且也被有效的运用在解决专家系统以及统计分析中难以解决的问题当中，而且也在贷款风险的评估领域、股票和市场分析以及化工过程控制等领域被有效的运用开来。人工神经网络的主要特征就是：分布存储与容错性，因一信息并不是只存储在一个地方，是根据内容分布网络当中的。各个神经元能存储很多信息中部分内容，其网络每部分对于信息存储也有一定的等势作用。而且还具有规模并行的处理特点，在网络当中信息处理属于在大量单元并行的情况下开展的，所以运算速度相对较快的。而且也具有自组织、自学习以及自适应的特点。因神经网络属于变结构的系统，可以对环境的变化进行更好的适应，也能学习外界的事物，而且在神经元间连接也有可塑性的特点，通过训练以及学习进行自主组织，从而更好的适应和满足不同信息的处理要求。

1.2 在粉末冶金中应用分析

有效的将神经网络技术运用在粉末冶金中，主要就是将其运用在粉末冶金的建模、预测和控制等工作当中，以建立粉末成分、球磨的时间以及烧结温度等参数间关系，并运用在相应的设计和工艺参数确定中。当前国内外专家通过研究，可以看出粉末冶金常见的神经网络就是BP网络。

首先，粉体制备和粉末粒度的分布，将神经网络运用在粉末粒度分布测量当中，通过将其和光对于不同尺寸的粒子散射的数据进行结合，针对不同形状、尺寸的粒子能够得到符合的实验结果。该形式不用到现场取样以及测量，能够有效满足生产中对于粉末粒度在线监测的要求。而运用BP神经网络，应明确控制剂加入量的参数以及球磨后粉末平均的粒度间关系。

其次，材料的成分设计以及性能。对于粉末冶金制品的性能参数带来影响的主要因素就包括压制压力、烧结气氛以及烧结温度和物理性能等因素，其相互间不是简单地线性的关系，但是神经网络技术能够有效地开展多元输入与出间等复杂非线性关系的分析工作。通过有效地运用神经网络来建立有效地生产咨询系统，其能够在生产前的设计环节运用工艺基本条件以及临界条件等设计成分，防止出现多次重复的设计以及购买的现象。在成分设计中，可以明确生产工艺，降低设计周期，对策该系统能够实现降低生产成本以及提升生产效率的优势。

2 专家系统应用在粉末冶金当中

该系统也叫做基于知识的系统体系，属于人工智能中一领域，更是人工智能向实用化良好发展的体现，专家系统通过将规则为基础，将问题求解视为中心，主要包括知识库、推理机以及综合数据库，还有解释接口、知识获取等部分。实质就在于具有智能特点地计算机系统，可以有效地在特定领域当中，有效地模仿人的思维去解决一些复杂的问题，具备的启发性以及灵活性等特点，能够进一步提升其性能。专家系统虽然是以知识为主要基础，可是其在解决问题中，能力与知识广博却超出人类专家能力，其高性能、实用性等也逐渐被人们所重视起来。而且该系统也被渗透到很多领域当中，为各领域的稳定发展提供了有利的条件。

针对我国相关学者研究与分析，通过开发对烧结矿烧结过程建立控制专家系统。该系统虽然不是为粉末冶金工艺设计的技术，但因上述过程和粉末冶金工艺有很多相似处，因此可以有效解决以上系统开发形式，能够更为有效地开发出适合运用在粉末冶金工艺中的专家系统，以此为粉末冶金领域稳定发展奠定坚实基础。

3 模糊控制在粉末冶金中的有效运用

其本质就在于将人操作经验运用模糊关系进行表现，运用模糊推理以及决策形式针对复杂过程对象开展更为合理地控制。其有着不依赖在被控制的对象模型以及鲁棒性强的优势，其能够为随机、非线性以及不确定的系统控制带来有利的条件。其特点主要有以下几点。

首先，针对难以用数学形式所表达的内部关系以及表达起来比较复杂的，甚至是不能运用一般的控制理论来开展控制设备和工艺参数的，通过在实践以及实验当中积累，它们有相关知识，因此就应有效地运用模糊控制法开展相应的控制。

其次，针对不会运用模糊理论的人来说，不会妨碍其对模糊控制技术进行了解。

再次，对于经模糊控制设备来说，能够让一般工人在生产中，生产数高质量产品。可以有效地摆脱对于操作技能的依赖。最后，针对各类型传感器为检出信号手段，和模糊控制进行结合，能够建立有视觉功能的智能机器人，为各项工作开展提供有利保障。

针对模糊控制在实际的焊接和及轧制工作中，是运用较多的，但在粉末冶金中的应用却比较少。针对注射成形中开展分析，其注射速度是被控制的量，而注射机液压系统伺服阀输入电流是控制量，运用反馈控制系统来进行模糊控制器设计，能够有效地控制注射机，让注射速度会根据需要的曲线发生变化，由此确保制品加工质量达到标准要求。

4 未来展望以及结论

对于智能控制在粉末冶金中的应用，虽然相对较为广泛，可是系统性应用还是需要进一步提升。加之专家系统、模糊控制以及神经网络等都具有不同的缺点与优势，针对神经网络的分布式存蓄信息，有自组织、自学习的能力，可是也要进一步提升其学习的速度，要杜绝局部最优，应注重全局最优。

专家系统是比较善于运用在逻辑性推理中的，可是学习也是相对较慢的，因此要注重满足快速时变系统的要求。对于模糊控制是常运用在模糊信息处理以及决策当中，可是复杂对象控制精度却有待提升。在智能控制研究进一步深入的环境下，其不同的技术与系统应注重相互融合与渗透，而且智能控制技术运用在粉末冶金中也应进行优化，由此更好地发挥智能控制系统的优势，为粉末冶金工作有效癌症奠定坚实有利的基础。

随着智能网络的广泛应用及研究的不断深入，神经网络、专家系统、模糊控制已经开始相互渗透结合，智能控制技术在粉末冶金中的应用将越来越广泛。将专家系统作为自适应单元，把模糊计算作为决策单元而把神经网络作为补偿单元是目前智能控制发展最有潜力的方法，这将使得控制系统具有更强的自适应、自学习、自组织和更好的控制品质。因此，如何将三者有效的结合起来以实现粉末冶金过程的监测和控制是今后研究的重要方向。