智能控制系统技术简介与应用分析

1 智能控制系统概述

1.1 智能控制系统的概念

智能控制是通过先进的计算机技术在无人操作的情况下下达生产指令的一种技术，由智能机器自主地实现其目标的过程，是经典控制理论发展的高级阶段，主要用来解决传统方法难以解决的复杂系统的控制问题[1]。智能控制是一个非常活跃的多学科领域，有调查显示在IEEE 数据库中搜索，得到6 000 多条带有“智能控制”一词的记录，其中大约有一半的论文的标题中有该词。

1.2 智能控制系统的发展

智能控制经过多年的发展，已经有了一套完整的概念、理论系统，并且形成了几大主要控制分支。

多模型系统是应用最广泛的控制系统。该系统拥有多个模型来应对不同应用场景，并且可以自主切换和调节来适应环境，为智能控制提供了一个自然的框架。比如其中许多描述电厂不同运行模式的模型用于预测电厂系统的行为，而最能描述电厂的模型用于初始化新的适应或生成新的控制输入，来完成系统的延续和更新，这对故障检测和可重构控制等问题具有重要意义[2]。因此，当故障发生时，适应将从类似于它的情况开始，从而提供更快的响应和更好的性能。

在非线性自适应控制系统中，神经网络已被用作有效的系统标识符和控制器。它们的稳定性得到了广泛的研究论证，并取得了许多成果。最近，利用神经网络自适应控制一类非线性系统的有界性的结果模型被建立，其中非线性被假定为有界，这使得控制或者自适应系统有了更好地发展前景[3]。

模糊逻辑的出现及其应用极大地改变了工业智能控制工程的面貌。在过去的20 年里，模糊逻辑的不断完善使控制工程师能够越来越轻松的应付越来越复杂、动力学定义不明确的系统，并开发出对应的有效控制器。

但与此同时，智能控制系统的发展也存在着许多问题，比如研究创新性不足、缺乏更高水平的创新成果、各层次智能控制人才不足等，这意味着在未来该领域还有很长一段路要走。

2 智能控制系统介绍

2.1 技术特点的介绍

智能控制技术，即结合计算机编程程序或者模拟人脑进行智能控制。智能控制具有较为复杂的组成成分，涵盖集成操控等。可以通过驱动智能机器人独立自主的实现目标，控制过程不需要人为干预，并且智能控制具有以下主要特点[4]。

1）具有感知和认知性：感知即为对外界环境和被控制对象本身运动状态的感觉和测量，而认知是能认识所感知事物的外形、质地、运动特征等的能力。

2）判断、推理、决策的能力：体现了“智能递增，精度递降”的一般组织结构的基本原理，可根据控制目标要求和当前所面临的熟悉或不熟悉的环境进行预测、规划、决策，自动或人机交互实施有效的自主操作和控制。

3）在线学习和规划的能力：系统可以自主抓住事物的主要矛盾和主要特征，通过学习事物的运动规律，进行规划和决策，以便掌握足够的控制策略、被控制对象及面临环境的有关知识和运用这些知识的能力。

4）执行多个进程时协调操控：若实现多目标、多功能、高性能控制，须要具备多执行机构协同能力，并具有高度的可靠性。

2.2 系统组成

智能控制由许多系统组成，主要有模糊控制系统、专家系统以及神经网络控制系统等。其中专家系统应用广泛[5]，该系统能够模拟人类相关领域专家的决策过程来分析、解决问题，其原理主要是依靠自主学习算法，学习相关领域专家提供的知识和经验，然后建立模型对所要解决的问题进行推理和判断，最后给出决策。

3 智能控制系统应用分析

3.1 工程机械控制中的应用

智能控制系统在工程机械中的运用，能够提高机械控制的精确度，弥补人工控制的不足，在一定程度上提高工程机械的现代化水平。主要应用的技术有超声波、自动识别和图像处理等[5]。

1）超声波传感技术：超声波传感技术主要是运用于特殊情况下的测距传感，比如建筑施工过程中，在特殊情况下测量距离。超声波测距的过程比较简单，由发射装置发射超声波再由接收装置接收，将智能控制技术运用到其中，可以减少额外测量所消耗的人力物力，克服测量精度不高等问题，甚至可以加快施工前的测量勘测周期，加快施工进度。

2）自动识别技术：自动识别技术是应用于某些特定识别装置，应用于被识别物品和识别装置之间，由此自动地获取该物体的相关信息，并将信息提供给后台信息处理系统。自动识别技术广泛地运用于物流信息的管理和应用，物流企业运用相关技术，通过对快递的条形码等的识别，再通过机械臂等操作器械，对快递进行快速准确的分拣，极大地弥补了人工分拣容易出错的不足、提高了分拣的效率，也可以节省物流公司的成本。

3）图像处理技术：图像处理技术是通过大范围的环境信息测量，在短时间内对收集来的信息进行处理，以达到人们对图像获取的要求。例如，应用于航空航天工程领域时，可以纠正图像在由太空传输到地面接收器的过程中由远距离传输对图像造成的失真，使太空获取的图片更好的服务于地面科研人员的科学研究。除此之外，还可以应用于人们的日常收发信息中，提高信息传输速度和效率。

3.2 智能一体化系统中的应用

将智能控制技术应用于智能一体化系统，可以提高学习控制系统的学习能力、提高专家控制系统对具体问题的分析处理能力、提高智能一体化系统的工作效率，使企业和智能一体化最终产品更具科学性和先进性[6]。

1）智能机器人：智能机器人的应用包含了工业生产、农业加工、家庭智能陪护、物流分拣等。对于物流中心的快递定向分拣现在已经得到广泛应用；在农业方面，智能机器人可以根据对气候变化的监测，灵活地对农作物浇水播撒农药等，在喷洒药物时，精度甚至可以达到精确喷洒树冠；在工业生产中，一些精密零件的制造也往往需要借助智能机器人，智能控制下的机械臂稳定性好，持续工作时间长，在工业生产中极具优势；而家庭智能陪护、扫地机器人等等都是智能机器人在家居方面的应用，扫地机器人就可以根据机器的运行轨迹，绘制出家居地形平面图，达到精准清扫、减少磕碰、提高效率的目的。

2）数字控制：数字控制是一种借助数字等其他计算机可以识别的语言、对某一项工作进行编程控制及结果演算的自动化方法。数字控制主要运用在数控机床的工厂零件加工中。智能控制系统可以实时监控机床的加工状态，同时自行建立数学模型分析加工，若检测出故障，则对数字控制机床进行自我故障的诊断修复，以达到对数据进行简单的调整和规整的目的。对零件的加工精度也可以运用数控软件进行校正和补偿，加入智能控制则可以提高整个过程的精确度，更好的达到生产需要。其加工效率也将是普通机床的2～3 倍。

3）交流伺服系统：交流伺服设备能将电信号转变为机械信号，并具有转化技能的部件和设备，应用智能控制，可以提高转化效率。

4 结语与展望

智能控制系统作为各行业发展的重要组成部分，可以提高实际生产效率，减少行业成本。智能控制运用更加广泛的时代已经到来，智能控制想要实现更好的发展目标，需要与智能一体化和工程机械等领域更好结合，这样才能充分发挥自身价值，提高控制系统的灵活性，解放传统人工控制的工作压力，使智能控制系统得到新的突破。如今智能控制在自动识别等系统中都能得到很好的应用效果，相信在未来，智能控制能得到更好的发展，更好的服务于人们的生活。