智能控制技术在机电一体化系统中的应用

摘要；本文围绕智能控制技术在机电一体化系统中的应用展开研究，系统阐述智能控制技术原理、特点及机电一体化系统构成与功能，深入分析其在数控、机器人、交流伺服系统及智能家居机电设备等领域的应用实践，探讨与新兴技术融合及应用领域拓展趋势。

关键词：智能控制技术；机电一体化系统；应用；发展趋势

引言

随着科技的飞速发展，机电一体化系统作为集机械技术、电子技术、信息技术等多学科于一体的复杂系统，在工业生产、日常生活等诸多领域发挥着日益重要的作用。然而，传统机电一体化系统在面对复杂工况、高精度控制要求以及智能化需求时，逐渐暴露出局限性。智能控制技术凭借其自学习、自适应、自组织等特性，为机电一体化系统的升级与发展提供了新的方向和动力。

智能控制技术在机电一体化系统中的应用

一、智能控制技术与机电一体化系统概述

1.1 智能控制技术原理与特点

智能控制技术是一种无需建立精确数学模型，能够模拟人类智能活动，实现对复杂系统有效控制的先进技术。其核心原理融合了人工智能、自动控制、运筹学等多学科知识，通过构建智能算法和决策机制，使系统具备自主感知、分析、决策和控制的能力。智能控制技术具有显著特点。自学习能力是其关键特性之一，系统能够在运行过程中不断收集数据、分析规律，自动优化控制策略。自适应能力使其能够应对系统内部参数变化和外部环境干扰，保持稳定运行。以无人驾驶车辆为例，智能控制系统能实时感知路况、天气变化，自动调整行驶速度和路线。自组织能力则允许系统根据任务需求，自主规划和协调各组成部分的工作，提高整体效率。

1.2 机电一体化系统构成与功能

机电一体化系统主要包括机械本体、动力与驱动、执行机构、传感器检测系统、控制及信息处理系统五个部分组成。其中机械本体为系统提供结构和支撑；动力与驱动对系统工作提供能量及动力，常见的如电动机、液压泵等；执行机构实现系统的工作任务，如机械臂的抓取动作；传感器检测系统负责实时获得系统运行状态等物理量与外部环境信息，并将物理量转换为电信号，将采集结果传递给控制系统；控制及信息处理系统是对传感器信息分析处理，并根据所设定目标及控制策略发出相关控制指令到相应的动力及驱动、执行机构中。它们协同合作，赋予机电一体化系统多种功能。如将机电一体化系统在自动化生产线上用于机械手臂，精准控制机器人手臂完成生产中抓取及装配，提升零件生产精度和效率，在医疗中实现对手术器械控制，提升手术的安全性及成功概率等。

1.3 智能控制技术与机电一体化系统融合的基础

智能控制技术与机电一体化系统具备良好的融合基础。在技术上计算机技术、微电子技术的进步为智能控制算法的实现和机电一体化系统的微型化、系统化、集成化提供了良好的技术支撑，使用性能良好的处理器和传感器能使得智能控制算法能高效地运行在机电一体化系统中，并实时处理大量数据。在理论上控制理论的发展和完善可以为两者的融合奠定良好的理论基础。现代控制理论、优化理论等现代控制理论与其他理论和人工智能理论等的融合为智能控制技术在机电一体化系统中的应用提供理论基础。

二、智能控制技术在机电一体化系统中的应用

2.1 在数控领域的应用

应用于数控中的智能控制技术，进一步提高了数控加工的加工精度和加工效率。以往采用的数控装置仅依赖预先存储的程序，对于复杂工件和加工期间出现的干扰响应不足，而引进智能控制技术的数控系统利用传感器的动态实时测量刀具磨损程度、工件变形情况，智能算法可以自动调节数控刀具的加工过程。例如，在精密零件的数控加工中，基于神经网络技术的数控系统的编程刀具驱动由被加工过程中发生的振动信号信息作自动调速。使用该种系统时，可获得比常规数控装置小的加工振动，这有效地缩小了因振动而造成的加工误差，使零件加工精度高出30%以上。

2.2 在机器人领域的应用

机器人技术也是智能控制应用的热点，智能控制使机器人具备更强的环境适应能力和自主决策能力，工业机器人中基于机器视觉的识别技术和路径规划算法，可实现机器人对工件位置、形状的准确识别，对抓取路径的自主规划，使机器人具备更高装配效率和准确性。服务机器人中智能控制使它可以理解人的语言、意图，实现自主导航和任务的处理。

2.3 在交流伺服系统的应用

智能控制技术在机电一体化中的应用使交流伺服系统在很多方面得以改进：传统的交流伺服系统对负载突然变化、系统参数发生变化时有滞后和振荡现象，智能控制中的控制算法如模糊PID控制算法可实时根据系统的运行状态对PID参数进行调整，增强系统的动态响应及稳定度；在数控机床进给系统中的智能交流伺服控制系统能够精准、快速地根据控制指令实时完成进给，定位精度小于1μm。

2.4 在智能家居机电设备中的应用

在智能家居方面，智能控制技术将机电设备的控制智能化、人性化。智能空调可以借助温度、湿度传感器对室内的温度、湿度等环境进行实时监测，根据用户设定的舒适温度以及用户的使用习惯等数据进行智能控制，计算出适合的制热或制冷的功率进行自动的制冷或加热，从而做到对温度的精确控制并实现节能目标。智能门锁将生物识别、无线通信等技术集合，可通过指纹锁、密码锁、手机APP等方式进行开锁，同时智能控制系统还可记录开锁信息，实现对不正常开锁信息的报警，提升家居的安防能力。如智能窗帘、智能灯光等通过智能控制技术，可以以环境光亮度、时间等因素来调节智能窗帘、智能灯光等设备工作，创造一个舒适、便捷的家居环境。

三、智能控制技术在机电一体化系统中的应用趋势

3.1 与新兴技术融合趋势

在今后的智能控制技术发展过程中，将与人工智能技术、大数据技术以及物联网技术进一步融合。与人工智能技术进一步融合，机电一体化智能控制系统将具有更大的学习和推理能力，处理更复杂的问题；大数据技术为机电一体化智能控制系统提供了更多的数据来源，根据更全面的运行数据进行更加精准的故障预判和控制优化。

3.2 应用领域拓展趋势

智能控制技术在机电一体化系统中的应用范围将会进一步扩大，智能控制技术在新能源中的应用，比如智能控制技术在风力发电、太阳能发电系统中的应用，能够有效提升发电设施的设备运行效率，提升能源转化率。在医疗健康方面，智能控制技术将能够带动医疗机器人，能够进行更加精确的手术、进行更有效的康复等。在农业方面，例如可以运用于智能农机装备中，进行自动化的耕种、灌溉等，以提升农业的生产效率和智能化水平等。

结语

基于智能控制技术与机电一体化系统的相互交融，成为各行业发展的机遇以及变革所在。无论是应用于数控领域还是在智能家居内，智能控制技术在机电一体化系统中的应用能够增强和提升机电一体化系统中的性能水平以及提高效率，智能化水平。尽管在当前应用过程中仍然存在不少应用问题，但是随着其与相关新兴技术的融合发展以及应用领域不断延伸，智能控制技术将在机电一体化系统应用中将发挥更大影响，向着制造智能化、生活智能化等方向发展。

参考文献

[1]余羽翔.智能控制技术在机电一体化系统中的应用[J].造纸装备及材料，2025，54（04）：110-112.

[2]徐邱林.智能控制技术在机电一体化课程教学中的应用[J].集成电路应用，2024，41（03）：238-239.