智能控制技术在机电控制系统中的应用探析

丁萌

引言

在信息化时代背景下，各种科学技术的研究和使用似乎找到了一条便捷的路径，而这些技术相继涌现也为机械工程的发展带来巨大影响。作为整个机电行业的核心，机电控制系统综合性较强，要求多种技术密切配合，才能展示出实际的功能。智能控制技术是指在没有人工操作的情况下，将智能设备与自主运行有机地结合起来的一种技术，该技术已被广泛地应用于各行各业，并获得了良好的应用效果。应用智能化技术来提高机电控制系统的科学技术含量与现代化水平已成为业内的广泛共识，深入研究与分析机电控制系统中智能化控制技术的应用，有益于智能化控制技术更好地发挥其在机电控制系统的价值及作用。

一、智能控制技术与机械控制系统概述

（一）智能控制技术

所谓智能控制技术，即集成电子计算机编程或仿真大脑来进行智能控制的系统（如图1）。智能控制技术本质上与具备自主驱动功能的智能化机器设备相似，其融合了人工智能、计算机网络、机械自动化等多种学科，使整体控制系统能够拥有人的学习能力及控制策略。相较于经典控制理论，智能控制技术的理论基础更为复杂，包括综合操作、分级分类阶梯操作、专家操作等特征。在现代社会高速发展的时代背景下，各生产企业已将智能控制技术广泛应用在各个生产领域当中，其高效的控制属性颇受青睐，为工业机械生产等领域的长远发展作出了突出贡献。智能控制技术的出现，大大提升了机电控制的整体效率和精准性，虽然其与人工控制方式相比起来更加复杂，但是能够代替人工高效高质量地完成很多其难以完成的控制任务，尽量简化机电控制环节，显著降低生产过程中所需投入的人力资源成本，避免很多生产过程中人为因素造成的损失。智能控制技术会随着经济的快速发展更加广泛地在社会生产中应用，更好地提升机电控制系统的整体性能。

图1 智能控制系统结构图

（二）机电控制系统

在国家产业结构调整与计算机科学飞速发展的背景下，机电控制系统得以诞生，其在多个领域已展示出自身的应用价值。通过分析机电控制系统可以发现其主要运用控制系统让控制装置和控制对象密切联系，在没有人工参与的情况下，也能实现对设备机器的合理操控，充分发挥出控制装置的自动化功能，以实现设定的任务指标。机电控制系统核心为自动化控制，运用微电子以及传感检测等技术措施，打造出极具可靠性的综合性一体化模式，在相关领域展示出实际的影响力。整个系统在实际运行状态中通常分为三种模式：其一为保持型，也就是技术人员对正在运行的环节加以关注，随时进行干预；其二为完整型，这一模式下的技术人员无需随时关注，当完成系统任务之后，主服务器能够获取对应报告；其三为交互型，其重点是技术人员和计算机建立起密切联系，是否需要干预系统运行状态，一般是交由技术人员决定[1]。

二、智能制造技术优势

（一）保障系统安全

为更好、更有效地保证智能制造技术逐步融入机械自动化控制系统的发展中，保证机电控制系统能够充分满足当今社会经济发展的需要，设计工作人员应充分应用计算机技术以提高机械设备的实用性，为机电控制系统长期基本建设的快速发展提供基础，并确保它能够在更安全、更稳定的条件下执行各种任务。智能控制技术根据实际情况合理解决一些系统中的各种控制情况，已在机器学习、设备动态监控、智能故障诊断等多领域得到广泛应用。

（二）优化产品设计

如今我国机电控制系统发展的逐步深入，相关行业对于数控技术的要求也越来越高。因此将智能控制应用到机电一体化数控技术中，能够更快地发现在数控机械加工过程中出现的问题，并及时解决问题，确保数控机械加工过程进一步优化。现阶段行业竞争日益加剧，对于诸多企业而言，其在展开市场竞争时最重要的竞争力就是企业产品质量和性能，而产品的质量与性能则取决于生产过程中机床的精度。

（三）提升生产效率

随着人们生活水平的不断提升，民众对于智能化的需求也在不断提升。正因为如此，所以将智能控制有效应用到机电一体化系统中可以更好地优化机器性能，提升机床精确度，更好地满足社会和民众的实际需求。在机电一体化系统中，智能控制在不断融合和发展，这样不仅仅能够对相关操作流程予以优化，同时还能够有效节省相关系统操作时间，使企业的生产效率获得进一步提升。

三、智能控制技术在机电控制系统中的应用

（一）基于深度强化学习-PI控制的机电作动器控制

智能控制技术在机电控制系统中的应用之一是基于深度强化学习-PI控制的机电作动器控制策略。随着永磁同步电机(PMSM)的发展，以机电作动器(EMA)为位移输出的机电伺服系统逐渐取代了液压伺服系统，成为多电飞机、运载火箭等航空航天器上的关键执行部件。由于取消了传统液压作动器内部的液压系统，机电作动器具有维护简单、执行效率高以及环境适应性强等优点。机电作动器系统的主要任务是接收控制系统的指令信号并带动舵机跟随指令信号运动，其特点是负载特性变化大[2]，系统的摩擦、间隙和饱和等非线性特性明显，且系统难以精确建模。强化学习是人工智能领域的重要研究方向，它的出现极大地推动了智能控制的发展，用强化学习方法改造传统控制方法也成为自动控制领域的热点。将深度神经网络引入到强化学习，形成了深度强化学习算法。深度确定性策略梯度算法(DDPG)是一种无模型深度强化学习算法[3]，该算法不依赖于系统的精确建模，而是通过不断试错来学习，进而得到完成任务的策略。

（二）在数控领域中的应用

对数控机床进行判断的一个重要标准是精度，传统的数控机床都是由人工来进行操作的，人为因素有太多的不确定性,容易因为一些小小的失误而造成非常严重的安全事故和隐患，另外，也有可能因生产过程中出现延迟和失误导致生产效率和质量都达不到标准要求。智能控制技术在机械数控领域的普及和应用，无疑已开始成为行业的另一个必然趋势。它不仅可以有效优化各种生产和加工控制流程，减少对人为控制的依赖，还可以通过构建数据库实现监测、程序设计等功能，为数控维修提供科学的参考依据[4]。未来，科学技术水平将继续大大提高，工业生产对于数控机床的要求亦随之增长。随着数控技术应用的大量实践，数控功能更加丰富，保证了数控故障的逐一排除，实现了数控加工的现场自动信息采集和控制。例如，数控机床的内部智能控制，计算机技术与内部智能自动控制等技术设备的直接、有效、无缝连接，可以注入足够强大的液压动力，同时进行实时数据处理，以满足大型数控机床系统高速高精度自动化应用的技术要求和高精度自动化系统的操作要求。当数控技术处于使用和运行阶段时，有必要进行全面的智能运行监控，以确保整个数控技术生产和零件使用的全过程控制。数控机床的故障需要自动跟踪和检测，必要时依托智能安防控制模块发出预警信号，进而对机床内部各种参数进行全面的自动检查，提高机器设备运作效率。

（三）在交流伺服系统中的应用

随着科技发展以及机电一体化进程的持续推进，交流伺服产品越来越具备典型性，在交流伺服系统中应用智能控制技术，能够有效解决该系统存在的安全隐患，全面提升系统服务的质量，消除系统依赖性。交流伺服系统组成相对来说比较复杂，系统各组成部分存在较强的关联性，如果其中某个部分的参数发生变化，都有可能对整个系统造成不良影响，进而导致系统运行实际负载增加，不仅如此，外界环境的影响同样会对系统中数学模型的建立造成干扰。将智能控制技术应用其中之后，能够使系统性能更加完善[5]，增加系统功能类型。

（四）在机械制造中的应用

为了真正提高机械生产的整体效率，必须大胆创新，打破传统的手工机械生产作业模式，将计算机智能自动化控制的技术优势与手工制造子环节技术有机结合起来，从而大大降低机械工人的整体实际劳动强度，全面有效地提高机械设备的制造工艺水平。对于企业设计师团队来说，通过智能柔性制造平台技术，他们随时都可以更直观、更准确地在线展示企业设计理念和思维，并根据实际设计和需求数据的及时变化修改相关图纸信息，实现图纸信息的快速动态更新和发布，以及安全高效的数据存储，为机械柔性制造系统的实际设计提供专业指导。随着产业技术和集成升级的逐步加快，机电智能集成设计系统产品的集成应用开发水平正快速发展到另一个新阶段。员工可以通过智能模拟流程和智能操作快速制造新产品。利用智能传感器技术，可以合理控制和调整产品参数，有效控制和处理异常信息，实现连续、稳定、快速的生产运行和智能、安全的发展。充分发挥智能传感器控制技术的保护作用，可以进一步大大降低传统加工制造中的工序故障率，成功、快速地完成产品最终工序的加工、生产和管理任务，成功生产出质量更高、精度更高的高科技产品。针对具体应用，智能视频监控系统和机械智能制造安全系统可以有效控制各种安全操作风险，确保安全故障快速诊断系统的高精度。只有这样，智能控制系统才能在智能机械设备制造系统领域实现高效、稳定、可靠的运行。

（五）在建筑工程中的应用分析

近几年，随着社会、经济的发展和人们对高质量生活的要求，越来越多的人开始重视智能化建筑，并将其应用的潜力进一步发挥出来。目前，在建筑工程中智能控制技术主要体现于照明和气温调节两部分。在智能照明控制系统中（如图2所示），依托智能控制器可以使楼宇与建筑物的各单元进行因特网通讯，并对每个使用者的通讯线路进行实时监测，一旦系统出现故障，其可以快速、准确地进行维护，以保证设备的正常运转。同时，该系统还可以自动调节建筑照明区域、照明时间等，从而在某种意义上减少能耗，方便居民的日常使用。此外，采用智能控制技术，借助比例-积分调节器根据室外天气变化情况和季节的更替对温控系统实施智能化调整，从而达到了节能和减排的目的。时至今日，智能控制技术使建筑工程产生极大的改变，开创了人们新的现代居住模式。在今后的发展中，智能控制技术将会更广泛地应用于建筑行业的机电控制系统。

图2 智能照明控制系统

（六）机器人领域中的应用

由于科技与社会经济的高速发展，越来越多的企业致力于研发智能机器人等未来发展科技。高校、企业也相继组织多种类型的机器人大赛，由参赛人员对机器人进行设置程序编撰，使其能够和人类一样拥有同样的执行能力，甚至可以比人类拥有更完美的工作能力，机器人系统组成如图3所示。而这一切都离不开人们对智慧控制的全面认识与使用，其重点就是将相关技术进行机电一体和智慧控制器的有效融合，以及运用智慧控制连接智能机器人的视觉控制系统与感应器。智能控制技术主要是让智能机器人在实际工作移动的流程中，根据传感器采集到信息数据选择避开或越过障碍物，从而在整个作业流程中按照预先设定的路径完成各项工作。因此智能机器人的开发，在一定程度上克服了实际工作劳动人口较多、实际工作效率低下、精确度较低等方面的实际问题。

图3 机器人系统组成示意图

结论

综上所述，从当前我国社会工业发展的实际情况来看，想要促进工业的发展，就不能够忽视机电控制系统的优化应用，尤其是智能控制技术与机电控制系统的融合，这两者之间的关系密不可分。在机电控制系统中，需要将智能控制理论与技术相融合，以形成多样高效的控制方法，实现机械设备控制质量和效率的双重提升，弥补传统调整方案的不足，保质保量完成各项机械生产任务，促使机械控制系统向便捷化方向发展。相关科技人员以及机电企业需要紧跟时代步伐，继续完善机电一体化智能控制系统，建立人才培养体系，为工业的生产提供有力的支持。