机电系统智能协同控制研究

一、机电系统智能协同控制理论基础

1.1 智能控制理论

智能控制理论包含多种先进控制思想与算法。模糊控制基于模糊数学，将人类模糊逻辑与经验转化为控制规则，可有效处理系统不确定性和模糊性问题。神经网络控制模拟生物神经网络结构与功能，通过神经元连接与信息传递，对复杂非线性系统进行建模与控制。专家系统控制则整理归纳领域专家知识与经验，构建知识库和推理机，依据系统状态和知识库知识推理决策，实现对机电系统的智能控制。

1.2 协同控制策略

协同控制策略旨在使多个子系统在完成各自任务的同时，相互协作以实现系统整体目标。集中式协同控制将系统的所有信息集中到一个中央控制器进行处理和决策，然后向各子系统发送控制指令。这种方式决策统一、易于管理，但对中央控制器的计算能力和可靠性要求极高，一旦中央控制器出现故障，整个系统将陷入瘫痪。分布式协同控制则将控制任务分散到各个子系统中，各子系统通过相互通信与协调，自主做出决策。在多机器人协作系统中，每个机器人作为一个子系统，通过分布式协同控制，能够灵活地根据环境变化和任务需求进行协作，完成诸如搬运、搜索等复杂任务。混合式协同控制结合了集中式和分布式的优点，对于一些关键信息和决策由中央控制器负责，而部分局部控制任务则由子系统自主完成，在保证系统整体性能的同时，提高了系统的灵活性和可靠性。

二、机电系统智能协同控制关键技术

2.1 传感器技术

传感器在机电系统智能协同控制中起着至关重要的感知作用。位置传感器能够精确测量机械部件的位置信息，为系统的运动控制提供关键数据。在数控机床中，通过高精度的位置传感器，可实现对刀具位置的精确控制，保证加工精度。速度传感器用于测量物体的运动速度，在电机控制系统中，根据速度传感器反馈的信息，可实时调整电机转速，确保系统稳定运行。力传感器则能感知系统所受的力的大小和方向，在机器人抓取物体时，力传感器可帮助机器人根据物体的重量和材质等因素，调整抓取力的大小，避免物体损坏或掉落。随着技术的不断进步，传感器正朝着高精度、高可靠性、微型化和智能化方向发展，以更好地满足机电系统智能协同控制的需求[1]。

2.2 通信技术

高效可靠的通信技术是实现机电系统各子系统之间信息交互与协同工作的基础。有线通信技术如以太网，具有传输速率高、稳定性好的优点，在工业自动化生产线中，各机电设备通过以太网进行数据传输，能够实现高速、稳定的通信，保证系统的实时性控制。无线通信技术如蓝牙、Wi-Fi、ZigBee 等，具有部署灵活、成本低等优势，在一些对布线要求较高或需要移动设备参与的机电系统中得到广泛应用。在智能家居系统中，各种智能家电通过无线通信技术与中央控制系统进行通信，实现远程控制和智能联动。随着 5G 技术的普及，其超高的传输速率、超低的延迟和大规模设备连接能力，将为机电系统智能协同控制带来更广阔的发展空间，进一步提升系统的协同效率和响应速度。

2.3 智能算法应用

智能算法在机电系统智能协同控制中发挥着核心的决策与优化作用。遗传算法借鉴生物进化中的遗传、变异和选择机制，对控制参数或系统结构进行优化。在电机控制系统中，利用遗传算法可优化电机的控制参数，提高电机的运行效率和性能。粒子群优化算法模拟鸟群觅食行为，通过粒子之间的信息共享与协作，寻找最优解。在多机器人路径规划中，粒子群优化算法可帮助机器人快速找到最优路径，避免碰撞，实现高效协作。蚁群算法模拟蚂蚁群体觅食过程中通过信息素进行通信和协作的行为，用于解决复杂的优化问题。在物流配送系统中，运用蚁群算法可优化配送路径，提高配送效率。这些智能算法能够根据系统的实时状态和任务需求，快速准确地做出决策，优化系统控制策略，提升机电系统智能协同控制的性能。

三、机电系统智能协同控制应用优势

3.1 提高系统性能

通过智能协同控制，机电系统能够实现更精准的控制。在精密加工设备中，智能协同控制可根据加工材料、刀具磨损情况等实时调整加工参数，使加工精度达到微米甚至纳米级，显著提高产品质量。同时，各子系统之间的协同工作能够优化系统运行流程，减少不必要的等待时间和能量消耗，提高系统的运行效率。在自动化生产线中，智能协同控制可使各生产环节紧密衔接，提高生产线的整体生产效率。

3.2 增强系统适应性

面对复杂多变的工作环境，智能协同控制的机电系统展现出强大的适应性。当外部环境发生变化时，如温度、湿度、负载等因素改变，系统能够通过传感器实时感知变化，并利用智能算法和协同机制自动调整控制策略，确保系统稳定运行。在风力发电系统中，智能协同控制可根据风速、风向的变化，实时调整风机叶片的角度和转速，使风机始终保持在最佳工作状态，提高发电效率[2]。

3.3 实现系统智能化升级

智能协同控制为机电系统向智能化方向发展提供了有力支撑。通过引入先进的智能控制算法和协同技术，机电系统能够具备自主学习、自主决策和自主优化的能力。在智能工厂中，机电设备通过智能协同控制可实现自动化生产、故障自诊断与自修复等功能，减少人工干预，提高生产过程的智能化水平。

四、结论

机电系统智能协同控制作为提升机电系统性能、推动机电行业发展的关键技术，具有广阔的应用前景。通过对其理论基础、关键技术、应用优势及面临挑战的研究可知，虽然目前该技术在发展过程中面临一些问题，但随着科技的不断进步，如人工智能、通信技术、传感器技术等领域的持续创新，这些问题将逐步得到解决。未来，机电系统智能协同控制将朝着更加智能化、高效化、安全化的方向发展，在工业生产、交通运输、医疗卫生、智能家居等众多领域发挥更大的作用，为人们的生产生活带来更多便利和效益。

参考文献

[1]张泽. 机电系统集成中的智能调度与协同控制措施研究[J].机电产品开发与创新, 2025, 38 (03): 201-203.

[2]权欢欢. 边云协同的智能机电设备运维系统研究[J].精密制造与自动化, 2025, (01): 53-55.

作者简介：王庆祥，男，汉，1969.9，河北青县，助理工程师，大专，机械制造与维护。