摘要：机电系统的智能化控制是未来机电一体化系统发展的方向。智能控制理论是指机电系统自主的识别、判断、推理与控制，自主的完成复杂的任务。文章研究了机电系统智能控制理论，并分析了控制系统的框架组成。重点阐述了智能控制在数控机床的应用，并对智能机电一体化系统的发展方向做出预测。
关键词：智能化；机电一体化；智能控制；数控机床；人工智能
引言
20世纪60年代，智能控制首先被提出，80年代，智能控制学术讨论会议在美国召开，随后，智能控制理论逐渐应用到控制工程中。智能控制理论希望实现的内容即是在没有人为干预的情况下，机器能够自主的进行自动控制，对环境进行识别和反馈，完成设定的任务。在这个过程中，智能控制系统不断的进行环境识别与提取，实时的推理与决策，同时具有学习与记忆的能力，可以自适应与多种复杂的操作环境。机电系统包括执行机构及控制机构，智能系统通常是与智能控制结合的，所以所说的机电系统智能化技术通常是指智能控制技术。目前智能机器人、智能数控机床等智能机电系统有了一定的应用，在航空航天、制造业、交通运输等行业发挥作用。随着自动化、柔性化制造程度不断提高，越来越多的智能系统将通过模拟人脑工作来完成智能的工作。文章研究了智能控制理论基础与控制系统框架，重要介绍了数控机床的智能化控制，并分析了未来机电系统智能控制的发展方向。
1 智能化理论
1.1 智能控制理论基础
智能系统是通过模拟人的大脑，让机械系统具有自主的识别与控制的能力。人工智能是通过对周围环境或者发展过程进行深度的学习和总结，对发展做出预测和判断，通过强大的计算算法来进行评估与分析，将控制信息快速的反馈到执行末端，完成智能识别与控制过程。目前的智能控制理论算法包括专家系统、神经网络、遗传算法、模糊理论，这些算法也被称为智能算法，这几类算法之间具有一定的联系，相互渗透，都具有深度学习与预测的功能，可以完成系统参数的优化与决策。
智能理论的起点即是模拟人的大脑的功能，以此为基础，产生了电脑神经网络系统，具有人脑神经元的输入与输出结构。另外通过模拟自然界的生物进化理论以及生物遗传特性而产生的遗传算法，在解决非线性、多变量的优化问题具有很好的效果，为智能控制系统的优化决策提供了良好基础。智能控制中最重要的特征是基于特征识别的自主控制，模式识别是智能系统运转与决策的前期铺垫，基于知识、经验的识别具有一定的滞后性。随着智能化程度的题提高，智能系统通常包含了视觉系统，可以对周围的环境进行实时的识别与反馈，增加了视觉的机器系统具有更佳智能的决策。
1.2 智能控制系统框架
智能系统通常与机电系统结合，在机电系统的控制器部分就包含了智能控制模块。由于功能不同，智能控制系统具有一定的差别，这里阐述一种具有一般模型的智能系统的框架。通常来说，智能控制系统包括传感器、控制器、执行器这三个部分。传感器是智能系统的前端，主要是进行外界数据的数字化，将自然信号转化为电信号等，以便于控制器的处理。控制器最为复杂，包括信息通知与处理、特征识别与检测、知识的认识、决策与规划、信号输出，控制器将这些功能完美的集成起来。执行器就是将控制器传送的消息转化为机械运动或其他形式。智能控制系统具有很多方面的显著优势，系统的控制不需要事先的进行准确的数学建模或者参数设计，所有的控制信号是通过传感器对外界环境的采集和处理得到的。另外，智能控制系统具有很好的自适应性和很强的鲁棒性，在复杂的环境中，控制系统可以通过内部的学习算法，对周围的环境进行实时的学习与感知，自适应做出判断与决策。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆智能控制器内部的遗传算法等优化算法可以进行优化求解，确定满足执行器运动的最优参数，提高了机器运行效率。
2 智能化机电系统
2.1 智能化数控机床
数控机床是数控技术的综合应用，其实通过预先进行数字化编程，通过计算机处理后对数控机床提供加工信号，数控机床通过具有较高稳定性和精确定的驱动单元，驱动执行机构进行自动化运动。数控机床的执行机构通常是数控刀具，对于数控加工中心，执行机构还包括数控换到装置。机械加工中，具有复杂形状的零件加工难度大，操作困难，参数不易控制，而通过数控技术可以提高控制精度和加工精度，且节省劳动力，就有一定的社会效益。但是数控只能实现在线编程，即必须事先明确刀具运动轨迹才能进行编程，对于刀具运动过程中出现的未知情况并不能自动处理，所以对智能数控机床提出了要求。
智能化数控系统是指可以进行离线编程，对加工环境和加工参数具有自主学习能力和判断决策能力的系统。智能数控系统在进行加工前，数控系统通过测量设备对待加工的工件进行全面的测量、检测、特征识别。将测量的数据进行数字化建模，根据设定的加工精度要求，计算出刀具的进给量等加工参数，这些工艺参数都是通过最佳决策，优化求解出来的。在加工过程中，刀具的进刀量、进给速度、切削深度等参数根据加工工件的不同时刻的状态而灵活的调整，提高加工效率。数控机床在刀具规划、智能编程与监控、智能检测与模式识别等方面具有较高的稳定性和综合性能。
2.2 智能化机电系统发展方向
通过大量的生产实践证明，现有的智能化技术在速度、精度、稳定性方面均不是很理想，需要在新一代的智能数控机床上进行调整与改进。同时应增加设备的维修等环节，即通过智能系统完成设备运行状况的自检与维护，提高智能系统的稳定性与使用寿命。智能化的机电一体化系统应大大简化人工干预与人为劳动力，对人机交互界面记性简化和包装，利用多个视图窗口对加工过程进行实时动态显示，简化人工的工作。
人工智能已经在图形图像处理、模式识别、语音判别等方面有所应用，现阶段在工业上的应用较少。现有技术应用证明，人工智能在复杂的大数据计算、优化控制领域发挥了重要作用。随着机电一体化、自动化与柔性化程度不断提高，智能控制在机电系统中应用比例必将提高，人工智能会逐渐用于工业生产，产生更大的社会效益。
3 结束语
智能化机电系统是未来机电系统的发展方向，机电一体化技术在智能化的引导下将区别于传统的机械自动化，具有自主控制与学习的功能。机电科学应主动的将智能控制技术融入到机电系统中，优化系统参数，提高系统的实用效率，引导机电系统完成自主识别与故障检查，提高机电系统的性能与工作质量。
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论文作者:李文龙
论文发表刊物:《电力设备》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/27
标签：系统论文; 智能论文; 机电论文; 智能控制论文; 数控机床论文; 控制系统论文; 加工论文; 《电力设备》2017年第3期论文;