時間：2023-04-10 15:22:23
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智能化技術，是在我國科學技術不斷發展中所研發出的新型技術手段，在智能化技術出現后，因其各種優勢已經在我國各個領域當中被廣泛的運用起來，尤其在電氣工程自動化控制系統當中，隨著被逐步的運用在電氣工程的各項領域當中，為我國電氣工程領域的發展奠定非常有利的基礎。
1智能化技術的主要理論基礎分析
在二十世紀五十年代人工智能就已經問世，通過幾十年的不斷研究與探索，智能化技術也被廣泛的運用起來，在人們生活當中、工作當中都被人工智能化產品所占據，它們能夠像人類一樣有感應，能行動和思索，因其自身擁有高精度、高效率以及高協調性的特點，已經遠超傳統的控制技術，當前隨著計算機的快速發展，能夠有效的實現運用人的思維能力去模擬到機器人身上，在運用計算機編程語言技術，普及增加智能化模擬的可實施性，進而實現科技的快速發展。
2在電氣工程自動化控制中應用智能化技術的主要意義
2.1能夠對自動化控制模型進行簡化
在電氣工程自動化控制工作中，主要就是通過建立模型來實現的，但是因此模型相對比較復雜繁瑣。例如，建立的模型與實際情況出現不符的情況或實際操作中出現與模型不統一的情況，對于這些問題來說一般情況下多以電氣工程自身調節能力來進行處理，但在實際操作中，還是會出現一些無法預測和估計的問題，影響著電氣工程自動化控制的正常運作。而在電氣工程自動化控制中應用智能技術，能夠在一定程度上去防止類似突發事件的發生，從而提升電氣工程自動化控制工作的準確度。
2.2能夠實現電氣工程自動化控制的一致
電氣工程自動化控制主要是以建立模型來實現的，而應用智能化技術在電氣工程自動化控制中，能夠避免模型復雜的問題，進而保障其控制工作的順利完成，利用控制電氣工程中的有關設備與數據，讓電氣工程自動化控制變得更加一致化，不僅能夠提升電氣工程自動化工作效率，還能改進電氣工程自動化的整體服務質量。
2.3對電氣工程系統控制水平進行提升
在電氣工程系統控制中應用智能化技術，能夠有效提升其控制水平，不僅能夠控制電氣工程自動化程序設備中的相應系統數據，并且還能對電氣工程自動化安全隱患進行警戒，在一定的情況下避免自動化控制中出現不必要的問題，提升電氣工程系統控制水平，為電氣工程領域發展提供有利條件。
3在電氣工程自動化控制中智能化技術的主要應用
3.1對電氣工程自動化控制中的病因進行合理診斷
對電氣工程系統進行病因診斷時，對于傳統的診斷形式來說，是相對比較復雜且繁瑣的，不僅僅對工作人員有著很高的要求，還無法對其病因進行精準的診斷，導致電氣工程自動化控制中會出現一些無法避免數據問題等。而職能化技術則能夠利用自身優勢，對其病因進行有效的診斷，還能因其問題提出合理的解決策略，不僅能夠有效找出病因，還能更好的提升其工作效率，因此電氣工程自動化控制中要有效利用智能化技術，在對其設備進行情況的診斷，從而避免相關問題對工作的影響，更好的促進電氣工程自動化控制工作有效進行。
3.2對電氣工程的設計形式進行優化
在傳統的電氣工程的設計中，主要是通過工作人員進行反復實驗和改良才能夠完成，而在工作人員不能全面的考慮到實際情況時，就會出現一些復雜的問題影響正常工作，并且這些問題也不能得到及時的解決，而且在對電氣工程進行設計時，對工作人員的要求也是非常高的，不僅要運用良好的設計知識和專業知識，也要擁有一定的綜合能力，才能剛好的將該工作完成。而對于智能化技術來說，運用在電氣工程自動化中，設計人員可以利用計算機網絡或相關軟件，對電氣工程自動化控制的進行設計，這樣不僅僅能夠提升設計所用數據的準確性，還能夠對設計的樣式進行豐富，能夠更好的解決數據問題，從而保證電氣工程自動化控制工作的良好運作。
3.3實現自動化控制整個電氣工程
電氣工程控制系統中的環節有很多，所以，智能化技術的應用能夠有效對整個電氣工程進行自動化控制工作。智能化技術利用模糊控制、神經網絡控制以及專家系統控制，來實現對電氣工程的自動化控制，利用智能化技術實現對電氣工程的全面控制，這樣不僅能夠保證該工作的順利完成，還能大大提升其工作質量，增強其整體水平，也能為電氣工程領域的發展奠定堅實有利的基礎。
4結論
在電氣工程自動化控制中應用智能技術，這不僅僅是一個非常大的成就，還是促進智能化技術在其他各個領域當中的良好應用，發揮其作用，更好的讓智能化技術為我國經濟發展奠定良好基礎，并能穩定推動電氣工程領域實現長期可持續發展目標。
作者:閆鵬 單位:包頭市九原區住房保障和房屋管理服務中心
參考文獻
生物質氣化過程的本質是生物質碳與氣體之間的非均相反應和氣體之間的均相反應。該過程十分復雜，隨著氣化設備的不同、氣化工藝過程的差異及反應條件(如氣化反應劑的種類、氣化反應溫度、反應時間、有無催化劑的添加、氣化原料種類、原料的含水率等)的不同，其反應過程也大不相同;但一般會經歷干燥、熱解、氧化、還原4個過程。在上述反應過程中，只有氧化反應是放熱反應，釋放出的熱量為生物質干燥、熱解和還原階段提供熱量。在實際氣化過程中，上述4個過程并沒有明確的邊界，是相互滲透和交錯的。氣化爐是進行生物質氣化過程的技術設備。在氣化爐中，生物質完成了氣化反應過程并轉化為生物質燃氣。氣化爐能量轉化效率的高低是整個氣化系統的關鍵所在，故氣化爐型式的選擇及其控制運行參數是氣化系統非常重要的制約條件。針對其運行方式的不同，可將氣化爐分為固定床式和流化床式兩大類型。其中，固定床式氣化爐主要有上吸式、下吸式、橫吸式及開心式4種;流化床式氣化爐主要有鼓泡床式、循環流化式、雙床式及攜帶床式4種。據統計，目前商業運行的生物質氣化設備中，75%采用下吸式固定床，20%采用流化床，2．5%采用上吸式氣化爐，另外2．5%采用其他形式氣化系統。本文以使用最為廣泛的下吸式固定床作為研究對象，分析生物質氣化爐的結構和工作過程，如圖1所示。下吸式固定床氣化爐的工作過程為:首先，粉碎處理后的生物質物料由爐子頂部混合空氣后，經由上料口投入下吸式固定床氣化爐;其次，氣化爐底部燃氣出口處設置有引風機，正常工作時，引風機輸出抽力，在爐內形成負壓，使反應產生的氣體在爐內流動，同時設置在喉管區的鼓風機，負責向氧化層輸入一次風，為氣化過程提供充分的氧氣，實現對生物質物料的充分氧化;最后經過還原反應區，生成可燃氣體。物料和空氣在爐內由上至下、隨著溫度的變化按照干燥、熱解、氧化、還原4個反應層依次地進行氣化反應，形成有少量雜質的可燃氣體，該氣體經過凈化工藝處理，最終形成可以直接使用的可燃氣體。氣化過程是一個復雜的物理化學過程，其處理的植物燃料來源眾多，物理、化學特性差異較大;同時，氣化過程中爐溫受到一次風量、物料含水量等諸多因素的共同影響。這些因素對于氣化過程的影響相對較小，氣化過程主要受到空氣當量比和氣化反應溫度的影響。生物質氣化爐的控制目標是將生物質能的轉換效率最大化，提高并保證可燃氣體的質量。影響氣化爐轉換效率的因素有很多，但主要取決于氣化爐4個處理過程的溫度區間;氣化爐生成的可燃氣體質量主要反映在其含氧量高低。因此，生物質氣化爐系統控制所要解決的問題主要在于如何將爐內溫度穩定在最佳區間及怎樣降低最終可燃氣體的含氧量。為穩定氣化爐爐頂溫度和降低出口處可燃氣體的含氧量，本文選取雙閉環控制結構，對生物質燃料與一次風的投放量分別進行控制，如圖2所示。
1．1溫度控制環溫度控制環采用主、副控制結構。根據工藝分析，生物質氣化爐爐溫主要雖然受到多種因素影響，但主要取決于物料物理、化學反應的放熱和吸熱。由于該過程的非線性、大滯后特性，無法用準確的數學模型來描述，因此采用BP預測方法建立物料和溫度的BP神經網絡模型。主控制器根據當前溫度和溫度設定值，預測最優的生物質物料添加量;副控制PID根據該添加量，對上料機構的送料速度進行跟隨控制，達到精確上料和穩定爐溫的目的。
1．2含氧量控制環為達到穩定爐頂溫度、降低可燃氣體含氧量的目的，本文以一次風進風量作為主要調節手段。因為一次風不僅影響著可燃氣體含氧量，還影響著氣化爐溫度，所以本文引入溫度和含氧量兩個反饋。主控制器采用免疫PID控制，它能根據爐內含氧量偏差和爐溫偏差推算出鼓風機的最優轉速;副控制PID則根據推算出的最優轉速對鼓風機速度進行跟隨控制，確保鼓風機轉速。
2基于BP算法的溫度控制
氣化過程的溫度變化具有大滯后的特點，給控制帶來了很大的困難。通過對溫度變化的預估，能夠有效地抑制滯后，提升控制效果。生物質氣化過程是一個復雜的、非線性工業生產過程。由于氣化爐溫度受到一次風量、物料分布及物料含水量等因素的影響，氣化爐溫度變化毫無規律而言。神經網絡是由大量簡單的神經元縱橫交錯而形成的復雜網絡系統。它能以實驗數據為基礎，經過有限次迭帶計算，獲得實驗數據的內在規律，并且無需預先給定公式，非常適合于研究非線性系統。因此，氣化爐的溫度可以采用BP人工神經網絡對其進行預測［9］。BP網絡是一種多層網絡，其基本理念是將W－H學習規則一般化，對非線性的可微分函數訓練權值。目前，BP網絡主要用在函數逼近、模式識別、分類和數據壓縮方面。BP算法由兩部分構成:信息的正向傳遞和偏差的反向傳播。在其正向傳播過程中，輸入的數據信息會被逐步運算，從輸入層經隱含層直到傳給輸出層;輸出的信息又會影響下一層神經元。如果在輸出層沒有獲得期望的輸出，則會在計算輸出層的偏差變化值后進行轉向傳播，通過網絡將偏差信號沿原來的連接通路進行反向傳回，之后各層神經元的權值會被修改直至達到期望目標。設P為輸入變量，r為輸入神經元，s1為隱含層內的神經元個數，f1為其對應的激活函數，s2為輸出層的神經元個數，f2為對應的激活函數，A為輸出，T為目標矢量，b1i表示第i個隱層神經元的閾值，w1ij表示第j個輸入變量到第i個隱層神經元的權值，b2k為隱層中第k個神經元的閾值，w2ki為隱層中第i個神經元到輸出層第k個神經元的權值，則BP算法的正向傳遞信息。
2．1樣本的批處理對于一般的BP算法，各連接權的調整量分別正比于各個學習樣本的代價函數E，而全局偏差意義上的梯度算法就是調整全局偏差函數E的連接權。在逐個訓練樣本時對權值的修正可能會出現振蕩，為了避免這一問題，應該在m個學習模式全部提供給網絡之后對它統一進行調整;而成批訓練的方法就是將一批樣本生成的修正值累計后統一進行一次批處理。因此，修改權值的增量為。減少每個連接權及閾值的校正次數，從而改進了學習速度。應用該方法時，穩定網絡的訓練過程及限制每次迭代網絡偏差增量是學習率增長的前提。
2．2基于變學習率的BP算法在基本的BP算法中，學習率必須是一個固定的常數。通過分析基本的BP算法的偏差曲面得知:在其平坦區域，學習率太小會造成迭代次數增加;而在變化劇烈區域，學習率太大又可能修正過頭，引起振蕩及發散，進一步影響學習收斂的速度。所以，合理調節學習率從而加快收斂速度是基本BP算法的常用改進方法之一。
2．3氣化爐溫度的BP神經網絡預測基于生物質氣化過程的機理分析及實際經驗，為降低神經網絡的輸入，影響焦爐集氣管壓力的可測量因素初步確定為一次風量、物料分布及物料含水量，將其作為BP神經網絡的輸入，氣化爐溫度的預測值為輸出，此時BP神經網絡就變成為一個4輸入單輸出的模型。其中，啟停次數為BP神經網絡的輸入節點，特征參數值為輸出節點，建立一個隱含層有5個神經元的3層神經網絡。理論上已經證明:如果一個網絡具有偏差和至少一個S型隱含層加上一個線性輸出層，那它就能夠逼近任意有理函數。訓練算法采用梯度下降法，學習速率為0．15，網絡的初始權值為0～1中的隨機數。
3基于模糊免疫PID的含氧量控制
可燃氣體含氧量是生物質氣化爐生產質量的重要指標之一，也關系到氣化產物的安全使用問題。在本文設計的生物質氣化爐控制系統中，采用溫度和可燃氣體含氧量雙閉環結構，對氣化過程進行自動控制。可燃氣體含氧量控制需要利用對一次風的控制，解決含氧量控制和爐溫控制之間的矛盾，在穩定爐溫的同時降低可燃氣體含氧。
3．1生物免疫機理生物免疫機理是抗擊病源入侵的首要防御系統，它通過對病原物質的特殊提取、識別、刺激響應、自適應調節、學習和記憶等功能殺死抗原。B細胞和T細胞是生物免疫機理主要構成部分;而在免疫系統中，除了淋巴細胞外，還有一些其它種類的免疫細胞擁有著不可忽視的作用。T細胞和B細胞從不活躍、未成熟經自體耐受發展為成熟的免疫細胞，一旦人體受到有關攻擊時，迅速產生免疫應答。所謂的免疫應答就是一個識別、效應和記憶的過程。抗原是一類能被胸腺中的T細胞及骨髓中的B細胞識別并刺激T細胞及B細胞進行特異性應答的病原體。巨噬細胞等將特異抗原遞呈細胞吸取消化病原體，分解后展示在細胞表面，形成MHC分子。成熟的T細胞會被MHC分子激活，然后接受并識別病原體抗原。T細胞識別特異抗原后會復制并激活殺傷T細胞，令其殺死任何受到特異抗原感染的細胞，并通過輔助T細胞將B細胞激活，使其識別特異抗原，并進一步擴增分化產生抗體。這些抗體會與抗原結合，通過與補體系統形成復合物或直接被吞噬細胞吞噬來殺死抗原。B細胞、T細胞在走向成熟過程中會經歷自體耐受，在接受、識別、殺死抗原后會形成免疫記憶，產生免疫反饋。免疫反饋原理為:抗原進入機體后，將信息傳遞給TH細胞和抑制TH細胞產生的TS細胞，接受到信息的TH、TS細胞會共同刺激B細胞使其增殖分化產生抗體消除抗原。為使免疫反饋系統趨于平衡［10］，當抗原較多時，機體中TH細胞會較多于TS細胞，產生較多B細胞;反之，抗原被消滅減少后，TS細胞又會增多并抑制TH細胞的產生，從而導致B細胞也隨之減少。
3．2模糊免疫PID算法為滿足不同的控制要求，讓被控對象有良好的性能，溫度模糊免疫PID控制器采用模糊控制原理對PID參數模型中的kp、ki、kd進行在線修改。其中，溫度偏差e(e=T0－T1，T0代表檢測的實際溫度，T1代表設定溫度)和加熱能級u1作替換:u1S，Δu1ΔS，分別為控制器的輸入/輸出。
4仿真
在保證生物質氣化爐運行狀況基本相同的條件下，采用基于灰色遺傳的組合預測算法，對從某廠氣化爐現場采集到的2000組干燥層溫度數據中選取的連續1500組訓練樣本數據，以及剩余500組與樣本數據時間相近的實驗樣本數據進行學習，建立預測模型，對試驗樣本進行擬合。為了驗證基于BP神經網絡的生物質氣化爐溫度組合預測算法方法的有效性，采用神經網絡算法對實驗數據進行學習和擬合，結果如圖3所示。從仿真結果可以看出:采用BP神經網絡可以較好地預測氣化爐溫度實時值，平均誤差為4．3%，且能良好地跟蹤實際溫度的相位變化，為氣化爐溫度控制和可燃氣體含氧量控制奠定良好了基礎。
5應用
針對某生物能源公司以生物質氣化爐生產過程具有高度非線性、時變特性、強耦合性、擾動變化激烈且幅度大的特點，結合氣化爐現場工藝狀況，設計了一種新的控制系統應用于該公司生物質氣化爐生產過程。該系統基于Honeywell集散控制系統運行環境和操作平臺，可用于采集過程數據、實時監視及分析歷史數據等;采用高級編程語言VisualC++6．0編寫智能解耦與優化控制應用軟件，通過OPC通信技術將應用軟件和集散系統進行無縫連接，以確保所編寫的應用軟件能夠通過集散系統對現場的執行設備進行控制，從而保證了多座氣化爐生產過程的實時穩定優化控制。本文所研究的生物質氣化爐生產過程控制系統在某生物能源公司入生產后，得到了有效應用，起到了穩定氣化爐溫度、降低可燃氣體含氧量的作用，滿足了生產過程的需要。將本文提出的控制方法應用于現場實際后，運行情況表明:生物質氣化爐生產過程控制系統保證了化爐干燥層溫度穩定在優化設定值±45℃范圍內;當壓力變化、投放物料、氣溫變化造成系統擾動時，該系統能在短時間內通過調節上料速度和一次風機轉速，將爐溫和可燃氣體含氧量動態調整到正常波動范圍內，滿足了生產的要求。
6結論
(1)當前智能控制系統的功能與性能不夠完善,無法滿足機械制造行業的電子技術等行業的發展需要。智能控制系統的運用雖然改變了傳統的機電一體化系統的運行狀況,其運行效率更高,但是仍然存在著一定的差距,無法適應新時期的發展需要,仍然會受到外界環境因素的影響與控制。(2)智能控制雖然能夠有效的提高機電一體化系統的運行效率,但是仍然會存在著許多突發狀況。機電一體化應用智能控制系統后,可通過系統設備發出的命令編碼進行自動工作,可以避免因人為操作失誤而造成不必要的損失,減少工作中的失誤損失,提高工作完成質量及工作效率。但是在某些方面會受到電力系統、信息系統等的不良影響,從而使智能控制系統不能夠有效運轉,對于一些不可抗力因素而言,智能控制系統始終無法超越。(3)智能控制與機電一體化系統的磨合度還有待提高。機電一體化對生產與生活活動的開展有著不可替代的作用,一旦智能控制工作不能實施,那么就會影響人們生活與生產活動的開展。因此我們必須不斷的改進與完善智能控制工作,盡可能降低智能工作的失誤率。
2機電一體化系統中智能控制的應用
(1)機電一體化系統中的智能控制工作都是根據長時期的總結與改進而得出的經驗進行設定,操作人員只需要定時、定序的輸入相關的工作指示,機電一體化系統中的各項板塊就會自動按照相應的流程進行工作。因此只要工作人員輸入的指令不存在任何的錯誤,那么智能控制系統就會具有較高的可靠性。(2)機電一體化系統中智能控制應用的領域相當廣泛,涉及社會生產與生活活動的方方面面。機電一體化逐漸演變成為智能控制背景下的機電一體化,這是時展所需要的,同時也是科學技術水平和經濟水平長期發展的產物。
機械制造業的重點在于是否能夠實現機電一體化,這是提高機械制造產品質量和效率的重要途徑。目前最為科學的機械制造方法就是實現智能控制技術與計算機網絡技術兩者之間的聯合,實現從人工管理到智能控制過渡的目標。同時,智能控制技術利用神經網絡系統計算的方法對機械制造的現狀進行動態地模擬,通過傳感器融合技術將采集的信息進行預處理,從而修改控制模式中的參數數據。不僅如此,智能控制監管的部分還包括機械事故發生檢測管理工作、檢測與監督管理工作以及智能協調控制工作等等方面。機電一體化系統中智能控制應用還體現在建筑工程領域中。智能控制系統在建筑實施過程中運用的方面比較廣泛,主要集中在照明系統中和保暖制冷系統中,從而提高資源的利用率,減少能源資源的使用。照明智能控制系統主要是利用計算機網絡與通信技術實現,能夠有效的調節照明區域、照明時間、照明資源節能等方面。
機電一體化系統中智能控制應用于數控技術中。伴隨著生產能力的提高和科學技術水平的提高,各行各業的發展已經離不開機電一體化系統,尤其對數控技術要求越來越高。數控技術要實現智能功能,還需要擴展、模擬、延伸等新的智能功能,從而使得數控技術可以實現智能編程、智能監控、建立智能數據庫等目標,運用智能控制技術可以實現這些目標。例如一些比較復雜的工程問題或者是大型機械設備出現故障,人工無法進行實際檢測,那么只有利用數控技術對其進行演算與推理,這樣才能夠得到一些具體性與操作性較強的改進意見。
3結語
人工智能技術是人類科學技術不斷發展進步的必然結果，也是工業發展過程中，促進工業自動化科學化發展的重要推動力量。在人工智能技術的發展中，科技的發展和工業技術的進步會促進人工智能技術的發展；反之，人工智能技術的進步，可以完成那些人類自身無法辦到、技術條件效果不好的生產技術操作。當前的人工智能主要是計算機技術的發展結果，隨著計算機技術的飛速發展，通過對計算機信息特點和操作性能的了解和設計，使計算機操作系統具有更多更先進的人工化反應，并在實際的信息技術處理過程中，通過其系統內部的人工化、智能化識別和處理系統，對電氣自動化控制和其他工業技術領域在運行中的問題進行自主解決。如今，人工智能技術已經取得了較大的進步，其研究發展項目也越來越多，越來越先進，實用性越來越強。人工智能技術已經廣泛運用與工業自動化、過程控制和電子信息處理等先進的技術領域。人工智能技術通過模糊理論算法、遺傳算法和模糊神經算法等方式，可以在電氣自動化控制中，采取更靈活多變的控制方式，對電氣自動化設備運行中的不穩定因素和動態變化進行自主的調整，從而保障其運行的準確和高效，減少出錯率。人工智能技術的運用，可以大大減少在電氣自動化控制等領域的人力成本，并且能夠解決一些工作人員無法有效監控和解決的問題，做到及時有效。
2人工智能技術在電氣自動化控制中的應用
2.1人工智能控制實現了數據的采集及處理功能
在電氣設備的運行過程中，數據的采集和處理是了解電氣設備自動化控制情況，發現運行過程中的問題和提出解決辦法的重要依據。在傳統的自動化控制中，由于技術水平和實際運行中的動態變化，數據的采集和傳輸無法做到準確和穩定，保存數據容易出現丟失的情況。人工智能技術的使用，可以保障電氣自動化運行過程中對動態信息的及時收集和穩定傳輸，對相關數據的保存工作也更安全，這就提高了電氣自動化的控制水平，充分保障了電氣運行中的安全性和穩定性。
2.2人工智能控制實現了系統運行監視機報警功能
電氣自動化控制是用電氣的可編程控制器，控制繼電器，帶動執行機構，完成預期設計動作的過程。在此過程中，系統內部各部分之間的運行都要嚴格按照設計模型和函數計算的基礎上進行，如果系統中的一點出現問題，就會造成整個自動控制系統的故障。在以往的自動化控制系統運行中，對系統內部各部分之間的運行數據和運行狀態進行實時監測，對運行中的特殊情況進行及時的報警處理，幫助自動化系統及時處理可能出現的故障，提醒電氣管理人員加強對電氣系統的管理。
2.3人工智能控制實現了操作控制功能
電氣自動化控制的主要特征之一就是通過計算機的一鍵操作，就可以實現對電氣系統的整體控制，保障電氣自動化運行符合現實的需要。傳統的自動化系統的操作，需要靠人工對系統各個環節進行人工操作，從而促進自動化系統內部的協調和配合，這種方式既降低了自動化運行的效率，也增加了自動化系統的故障發生頻率。人工智能技術對電氣自動化系統的控制，是通過各種先進的算法，按照電氣自動化的需求，對自動化系統進行自動化和智能化設計，從而實現對電氣自動化控制系統的同時操作，大大提高了自動化控制的效率，減少了單獨指令操作中容易出現的不協調情況的發生。
3人工智能技術在電氣自動化控制中的控制方式
3.1模糊控制
模糊控制以模糊推理和模糊語言變量等為理論基礎，并以專家經驗作為模糊控制的規則。模糊控制就是在被控制的對象的模糊模型的基礎之上，運用模糊控制器，實現對電氣控制系統的控制。在實際控制設計過程中，通過對計算機控制系統的使用，使電氣自動化系統形成具有反饋通道的閉環結構的數字控制系統，從而達到對電氣自動化系統的科學控制。
3.2專家控制
專家控制是指在進行電氣自動化控制過程中，利用相關的系統控制理論和控制技術的結合，通過對以往控制經驗的模擬和學習，實現電氣自動化控制中智能控制技術的實施。這種控制方式具有很強的靈活性，在實際運行中，面對控制要求和系統運行情況，專家控制可以自覺選取控制率，并通過自我調整，強化對工作環境的適應。
3.3網絡神經控制
網絡神經控制的原理就是基于對人腦神經元的活動模擬，以逼近原理為依據的網絡建模。神經控制是有學習能力的，屬于學習控制，對電氣自動化控制中出現的新問題可以及時提出有效的解決辦法，并通過對相關技術問題的分析解決，提高自身的人工智能水平。
4結語
隨著計算機技術的高速發展，傳統的制造業開始了根本性變革，各工業發達國家投入巨資，對現代制造技術進行研究開發，提出了全新的制造模式。在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數控技術正在發生根本性變革，由專用型封閉式開環控制模式向通用型開放式實時動態全閉環控制模式發展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統集成為一體，機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。
長期以來，我國的數控系統為傳統的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環節，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環執行機構。在復雜環境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數，無法在現場環境下根據外部干擾和隨機因素實時動態調整，更無法通過反饋控制環節隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見，傳統CNC系統的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數控技術實行變革勢在必行。
2數控技術發展趨勢
2.1性能發展方向
(1)高速高精高效化速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統，同時采取了改善機床動態、靜態特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。
(2)柔性化包含兩方面：數控系統本身的柔性，數控系統采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統的柔性，同一群控系統能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態調整，從而最大限度地發揮群控系統的效能。
(3)工藝復合性和多軸化以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發展。數控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數控技術軸，西門子880系統控制軸數可達24軸。
(4)實時智能化早期的實時系統通常針對相對簡單的理想環境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現人類的各種智能行為。科學技術發展到今天，實時系統和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現實的領域發展，而實時系統也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發展，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在數控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數控系統中配備編程專家系統、故障診斷專家系統、參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節系統，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數控系統的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。
2.2功能發展方向
(1)用戶界面圖形化用戶界面是數控系統與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前INTERNET、虛擬現實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態圖形顯示、圖形模擬、圖形動態跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。
(2)科學計算可視化科學計算可視化可用于高效處理數據和解釋數據，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術與虛擬環境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。在數控技術領域，可視化技術可用于CAD/CAM，如自動編程設計、參數自動設定、刀具補償和刀具管理數據的動態處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。
(3)插補和補償方式多樣化多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補(非均勻有理B樣條插補)、樣條插補(A、B、C樣條)、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償等。
(4)內裝高性能PLC數控系統內裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序實例，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。
(5)多媒體技術應用多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監測等方面有著重大的應用價值。
2.3體系結構的發展
(1)集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規模可編程集成電路FPGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數控系統的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優點，可實現超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術，是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統的可靠性。
(2)模塊化硬件模塊化易于實現數控系統的集成化和標準化。根據不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成不同檔次的數控系統。
(3)網絡化機床聯網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯網，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。
(4)通用型開放式閉環控制模式采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數控系統。閉環控制模式是針對傳統的數控系統僅有的專用型單機封閉式開環控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現加工過程的多目標優化，必須采用多變量的閉環控制，在實時加工過程中動態調整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態全閉環控制模式，易于將計算機實時智能技術、網絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態數據管理及動態刀具補償、動態仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環控制體系，從而實現集成化、智能化、網絡化。
3智能化新一代PCNC數控系統
論文摘要：依據茂名聯通基站的實際情況，結合各大運營商的移動通信基站普遍存在的問題，提出了如何確保基站內的設備運行安全及防盜等問題。針對該問題設計出一套從根本上提高動力設備維護水平和效率，達到監控智能化的目的的系統，并對該系統進行需求分析和設計。
l概述
隨著我國移動通信事業的飛速發展，各大運營商的移動通信基站的數量日益增加，身處城鄉結合部或偏遠山區的移動通信基站因常年無人值守成為盜竊分子的光顧目標，基站的各種附屬設備如蓄電池、鐵塔角鋼、空調外機、銅地線(排)、饋線等設備也成了盜賊的主要偷竊目標。目前，如何確保基站內的設備運行安全及防盜，已成為基站維護的首要難題。
2目前基站的現狀
目前，茂名聯通基站環境監控設備仍為老式的環控箱接人監控，通過采集模擬量輸入到基站主設備上，從而完成上報，且只能上報簡單的停電、開門、高溫、積水和煙霧等告警，無法遠程測量和調整參數。另外，環控箱的告警上報依賴于主設備的運行，一旦BTS斷站，其便無法工作。為緩解日益緊張的人員及維護工作的壓力，從根本上提高動力設備維護水平和效率，達到監控智能化的目的，建設一套高水平的基站動力設備及環境集中監控系統是十分必要的。
3需求分析和設計思路
對茂名聯通新建的動力環境集中監控系統，除了要達到基本的監控目的以外，更重要的是實現智能化監控要求。它包括以下三個方面：
(1)交、直流動力系統。監控對象包括：配電箱、開關電源、蓄電池等。監控范圍包括：市電輸入三相電壓、三相電流、功率因數、頻率、有功功率、電度、整流模塊單體輸出電流、總負載電流、蓄電池充電電流、市電狀態(市電有／無，缺相，欠壓／過壓)、蓄電池組總電壓、每組蓄電池充、放電電壓等。通過對動力系統實時不間斷的監控，了解每個基站電源輸入輸出、整流模塊設備的運行情況，對電源設備出現的問題和故障能在最短的時間內做出反應和處理；蓄電池是整個直流供電系統的后備電源，我們通過監控，對蓄電池組總電壓以及每組電池充、放電電壓進行統計和分析，對有問題的電池及時進行更換，真正做到有備無患。
(2)空調、環境系統。監控內容包括：機房智能空調系統、基站分體空調(開關機、工作狀態指示、空調工作電流)、溫度、濕度、水浸地濕、嫻霧告警以及動態圖像等。保證設備運行在恒溫恒濕的環境中。
(3)門禁系統。監控內容包括：遠程開門、修改門禁內部的各種工作和控制參數、授權、刪除用戶、用戶的準進時段管理，以及各種報警記錄、進、出門記錄、刷卡、出門按鈕開門事件、門禁內部參數被修改的記錄等。
4拓撲結構
茂名聯通基站動力環境集中監控系統采用逐級匯接的結構，由省公司監控中心(PSC)、地市公司監控中心(SC)、監控單元(SU)和監控模塊(SM)構成，采用監控中心(sc)與監控單元(su)直聯的方式。具體結構如下：
省監控中心(PSC)主要對地市監控中心(sc)進行監督、維護管理。監控中心配有數據庫服務器，各地市監控中心(SC)的數據直接上傳省監控中心。
茂名監控中心(sc)主要對本地區的各個監控單元(su)進行管理，是本區域監控系統的管理中心，完成全網的監控信息的統計分析及處理，并對遠端監控設備進行遙測、遙調，對監控對象(機房設備、環境、圖像)進行管理，同時，還具有強大的門禁管理功能。所有的監控中心均可以通過D接口與廣東聯通綜合網管系統相連。
監控單元(su)是集數據采集、處理、存儲、傳輸為一體的智能化模塊化單元，能夠完成一個獨立的物理通信基站內所有監控模塊(SM)的管理工作，并將采集的數據集中通過1條2M電路上傳到監控中心(SC)。
監控模塊(SM)是面向具體的監控對象，具有完成數據采集和必要控制的功能。按照監控對象類型的不同，可分為：防盜、積水、電源管理、空調管理等模塊。
5參考規范
(1)中國聯通集團公司2009年3月《中國聯通移動網基站動力及環境集中監控系統總體技術要求》；(2)《通信電源和空調集中監控系統技術要求》(XDN023—96)；(3)《通信局(站)電源系統總技術要求》(YD／T1051—2000)；(4)《通信電源集中監控系統設計規范》(YD／T5027—2005)；(5)《通信電源集中監控系統工程驗收規范》(YD／T5058—2005)；(6)《通信開關電源系統監控技術要求和試驗方法》(YD／TI104—2001)；(7)《通信局(站)電源、空調及環境集中監控系統技術規范》(GF006—2000)。
6具體功能和意義
(1)實時監控告警。無論基站距離遠近，一旦設備產生告警都能在數秒內將告警信息上報至監控中心。值班人員能在第一時間發現告警并做通知相關專業人員進行處理。例如深夜情況下基站上報防盜告警，這時值班人員可以通過轉動攝像頭觀察站內環境，從而判斷是否有盜賊入侵，并及時通知代維和l1O前往。
(2)數據采集分析。本監控系統能夠對設備數據進行24小時連續記錄，能真實可靠地反映設備的運行情況。這些數據是設備障礙分析的得力工具。比如在蓄電池維護方而。密封式閥控電池對均浮充電壓和溫度條件要求較高。通過監控系統就可以隨時查看電池電壓和環境溫度，省去了大量的現場測量工作。通過對采集的數據進行分析，還可以從中判斷哪些基站的電池單體存在問題并及時加以解決。
(3)加強維護管理。本監控系統徹底改變了舊的電源、空調等設備的維護模式。以前的維護方式是等設備出現問題后進行應急搶修，現在可以運營商可以真正掌握所有電源、空調設備24小時的運行狀況，實現有的放矢的主動維護，真正做到設備的預檢預修。這種管理從根本上改變了過去維護的被動局面，對設備的故障告警可以實現派單式的閉環流程管理。
(4)降低維護成本。本監控系統能大大提高維護質量，降低運營成本，給公司帶來直接的經濟效益，真正實現了移動通信基站的無人值守。以日常維護的基站巡檢為例，現在可以在監控中心對設備進行實時巡檢，減少了無謂的維護支出。基站實行設備代維之后，還可通過監控系統對代維廠家進行考核，從而提高維護管理質量。
關鍵詞：人工智能；電氣工程；自動化
Abstract: Electrical automation control is to enhance the production, circulation, exchange, distribution and other key ring, realize the automation, is equal to the reduction of human capital investment, and improve the operational efficiency. With the development of information technology, many new methods and technology into engineering, product of stage, the automatic control of the new challenges, promote the theory of intelligent control technology application in the control of complex system, to solve with traditional methods can not solve the problem.
Key words: artificial intelligence; electrical engineering; automation
中圖分類號：V242 文獻標識碼： 文章編號
引言：社會的進步和人類的長壽要求生產力更加發達,要求人類的經濟生活更加智能化,以節省寶貴的人類時間去做其它有益的事情。電氣自動化控制領域的革新需要人工智能的大力支持,而人工智能在自動化控制方面的優勢在這個領域也確實能夠得到極大的發揮。促進自動化控制的發展進步,促進了智能理論在控制技術中的應用,以解決用傳統的方法難以解決的復雜系統的控制問題。人工智能主要包括思維能力、行為能力和感知能力三個方面。人工智能指的是人類制作的機器所表達出來的智能,體現了自動化的特征。因此智能化技術在電氣工程自動化控制中可以發揮最大的效用,促進電氣的優化設計、診斷故障和智能控制等。
一、人工智能應用理論分析
人工智能(Artificial Intelligence)，英文縮寫為AI。它是研究、開發用于模擬，延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能是計算機科學的一個分支，它企圖了解智能的實質．并生產出一種新的能以人類智能相似的方式作出反應的智能機器 該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別 自然語言處理和專家系統等。自從1956年“人工智能 一詞在Dartmouth學會上提出以后，人工智能研究飛速發展，成為以計算機為主．涉及信息論．控制論， 自動化、仿生學、生物學、心理學、數理邏輯、語言學、醫學和哲學的一門學科。人工智能研究的一個主要目標是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復雜的工作。
當今社會，計算機技術已經滲透到生產生活的方方面面，計算機編程技術的日新月異催生自動化生產，運輸 傳播的快速發展。人腦是最精密的機器，編程也不過是簡單的模仿人腦的收集、分析、交換、處理、回饋．所以模仿模擬人腦的機能將是實現自動化的主要途徑。電氣自動化控制是增強生產、流通、交換、分配等關鍵一環，實現自動化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運作的效率。
二、智能化技術應用優勢
在電氣自動化控制中應用到智能化技術，主要是以智能化控制器的形式，這種智能化控制器較過去的控制器相比的確具有不少優勢，下面我們就對其進行詳細的分析。
1.無需控制模型
過去的控制器在進行自動化控制時，往往會因為控制對象的動態方程比較復雜而無法精確到位地掌握，這會使得該對象模型的設計過程中會出現較多不可預估、不可測量的客觀因素，比如一些參數的變化。無法掌握這些因素，也就不能設計出精準的模型，自動化控制工作的實際效率也會下降。而智能化控制器并不需要對控制對象模型進行設計，這就可以從根本上避免一些不確定因素的產生，提高自動化控制的精密系數。
2.方便調整控制
智能化控制器還有另一個大好處，就是可以隨時根據下降時間、響應時間以及魯棒性的變化來調節控制程度，從而有效提高自身工作性能，為自動化控制提供最基礎的保障。無論是在什么樣的情況下，智能化控制器的調節控制與過去的控制器相比具有更方便調節的優勢，更適合投入實際使用。還有一點好處，就是智能化控制器在進行調節控制時完全只需要根據相關數據的變化來自行調節，即使沒有專門的技術人員在旁邊也可以，同樣遠程調節控制也是可行的，充分體現了電氣工程自動化控制的無人操作性要求，對行業未來發展的重要性不言而喻。
3.一致性很強
智能化控制器的一致性很強，這表現在它對不同數據的處理上，及時輸入完全陌生的數據也可以收到很高的估計，完美達到自動化控制的相關要求。不同的控制對象的效果也是不同的，雖然在對有些控制對象實施控制時智能化控制器暫時沒有采取行動，其控制效果也是非常優秀的，但這并不是絕對的，可能在換了控制對象的時候就無法收到預期的效果了。所以我們技術人員在設計階段還是不能松懈，要認真落實具體化原則，即在面對不同的對象時一定要根據其具體情況詳細分析，不能因為馬虎就降低了控制要求。一旦出現智能化控制器使用效果不佳的情況，不能盲目否定智能化技術，一定要從每個工程環節詳細排查、認真分析，因為上述人為因素會給自動化控制結果帶來很大的誤差，影響試驗的準確性。
三、人工智能技術的應用
隨著人工智能技術的發展，許多高等院校及科研機構就人工智能在電氣設備的應用方面展開了研究工作，如將人工智能用于電氣產品優化設計，故障預測及診斷、控制與保護等領域。
1．優化設計
電氣設備的設計是一項復雜的工作 它不僅要應用電路、電磁場、電機電器等學科的知識，還要大量運用設計中的經驗性知識。傳統的產品設計是采用簡單的實驗手段和根據經驗用手工的方式進行的．因此很難獲得最優方案。隨著計算機技術的發展，電氣產品的設計從手工逐漸轉向計算機輔助設計(CAD)，大大縮短了產品開發周期。人工智能的引進．使傳統的CAD技術如虎添翼．產品設計的效率及質量得到全面提高。用于優化設計的人工智能技術主要有遺傳算法和專家系統。遺傳算法是一種比較先進的優化算法，非常適合于產品優化設計。因此電氣產品人工智能優化設計大部分采用此種方法或其改進方法。
2. 故障診斷
電氣設備的故障與其征兆之間的關系錯綜復雜，具有不確定性及非線性．用人工智能方法恰好能發揮其優勢。已用于電氣設備故障診斷的人工智能技術有：模糊邏輯、專家系統、神經網絡。
變壓器由于在電力系統中的特殊地位而備受關注，有關方面的研究論文較多。目前對變壓器進行故障診斷最常用的方法是對變壓器油中分解的氣體進行分析．從而判斷變壓器的故障程度。人工智能故障診斷技術在發電機及電動機方面的研究工作也較為活躍。
3. 智能控制
人工智能控制技術在自動控制領域的研究與應用已廣泛展開，但在電氣設備控制領域所見報道不多。可用于控制的人工智能方法主要有3種：模糊控制、神經網絡控制、專家系統控制。由于模糊控制是其中最為簡單、最具實際意義的方法，因而它的應用實例最多。
四、結束語
綜上所述，本文主要介紹了智能化技術在電氣工程自動化控制中的應用情況。只有加強電氣工程的智能化程度，才是最終保證行業持續穩定發展的根本手段。
參考文獻：
光機電一體化系統主要由動力、機構、執行器、計算機和傳感器五個部分組成，相互構成一個功能完善的柔性自動化系統。其中計算機軟硬件和傳感器是光機電一體化技術的重要組成要素。與傳統的機械產品比較，光機電一體化產品具有以下技術特征。
1.1體積小，重量輕，適應性強，操作更方便
光機電一體化技術使得操作人員擺脫了以往必須按規定操作程序或節后頻繁緊張地進行單調重復操作的工作方式，可以靈活方便地按需控制和改變生產操作程序，任何一臺光機電一體化裝置的動作，可由預設的程序一步一步控制實現，甚至實現操作全自動化和智能化。
1.2功能增加，精度大幅提高
光機電一體化系統包括以激光、電腦等現代技術集成開發的自動化、智能化機構設備、儀器儀表和元器件。電子技術的采用使得包饋控制水平提高，運算速度加快，通過電子自動控制系統可精確按預設動作，其自行診斷、校正、補償功能可減少誤差，達到靠單純機械方式所不能實現的工作精度。同時，由于機械傳動部件減少，機械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。
1.3部分硬件實現軟件化，智能化程度提高
傳統機械設備一般不具有自維修或自診斷功能。光機電一體化技術使得電子裝置能按照人的意圖進行自動控制、自動檢測、信息采集及處理、調節、修正、補償、自診斷、自動保護直至自動記錄、顯示、打印工作結果。通過改變程序，指令等軟件內容而無需改動硬件部分就可變換產品的功能，使機械控制功能內容的確定和變化趨勢向"軟件化"和"智能化"。
1.4產品可靠性得到提高，使用壽命增長
傳統的機械裝置的運動部分，一般都伴隨著磨損及運動部件配合間隙所引起的動作誤差，導致可動摩擦、撞擊、振動等加重，嚴格影響裝置壽命、穩定性和可靠性。而光機電一體化技術的應用，使裝置的可動部件減少，磨損也大為減少，像集成化接近開關甚至無可動部件、無機械磨損。因此，裝置的壽命提高，故障率降低，從而提高了產品的可靠性和穩定性。
1.5融合了多種學科新技術，衍生出許多功能更強、性能更好的新產品
光機電一體化產品的研究開發涉及到許多學科和專業知識，包括數學、物理學、化學、聲學、機械工程學、電力電子學、電工學、系統工程學、光學、控制論、信息論和計算機科學等。例如人們很熟悉的靜電復印機、彩色印像機等，就是一種由機、電、光、磁、化學等多種學科和技術復合創新的新型產品。光機電一體化技術將光電子技術、傳感器技術、控制技術與機械技術各自的優勢結合起來，衍生出許多功能更強、性能更好的新一代技術裝備。
1.6產品系統性增強，各部分系統間協調性要求提高
光機電一體化是一門學科的邊緣科學技術，多種技術的綜合及多個部分的組合，使得光機電一體化技術及產品更具有系統性、完整性和科學性。其各個組成部分在綜合成一個完整的系統中相互配合有嚴格的要求，這就要求各種技術揚長避短，提高系統協調性。
2.研究現狀和發展趨勢
2.1研究現狀
自從我國實行改革開放以來，科技領域急起直追，我國的光機電一體化技術已取得明顯的成效，數控產品有了很大的提高，尤其是經濟型靈敏數控裝置發展很快，是我國特有的經濟實用產品，不但適用國內市場的需要，部分產品還隨主機配套出口。國內的機械產品采用可編程控制器（PC）和微電子技術控制設備也越來越多，覆蓋面也日益擴大，從紡織機械、軸承加工設備、機床、注塑機到橡膠輪胎成型機、重型機械、輕工業機械都是如此，我國自行研制和生產的光機電設備，在質量上也有重大突破，為今后的推廣應用打下了良好的基礎。
2.2發展趨勢
光機電一體化技術已經滲透到各個學科、領域，成為一種新興的學科，并逐漸成為一種產業，而這些產業作為新的經濟增長點越來越受到高度重視。
從世界科學技術的發展情況來看，光機電一體化技術的未來技術熱點主要包括：
（1）激光技術
1）高單色性，利用激光高單色性作精密測量時，可極大地提高測量精度和量程。
2）高方向性，因具有很遠距離傳輸光能和傳輸控制指令的能力，從而可以進行遠距離激光通信、激光測距、激光雷達、激光導航以及遙控。
3）高亮度性，利用激光的高亮度特性，中等亮度激光束在焦點附近可產生幾千到幾萬度的高溫，可使照射點物體熔化或汽化，對各種各樣材料和產品進行特種加工。
4）相干性，由于激光速頻率單一、相位方向相同。適用于激光通信、全息照相、激光印刷以及光學計算機的研制，而在實際運用中也會通過一些激光技術改變激光輻射的特性，應用范圍更廣。
（2）傳感檢測技術
1）激光準直，能夠測量平直度、平面度、平行度、垂直度，也可以做三維空間的基準測量。
2）激光測距，其探測距離遠，測距精度高，抗干擾性強，體積小，重量輕，但受天然影響大。
3）光纖探測器，在目標很小，間隔受限或危險的環境中，最常選用的是光纖探測器。
其他還有激光打孔、刻槽=標記、光化學沉積等加工技術。
（3）激光快速成型技術
激光快速成型是利用計算機將復雜的三維物體轉化為二維層，將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結，由點、線構造零件的面（層），然后逐層成型。激光快速成型技術可使新產品及早投放市場，極大地提高了汽車生產企業對市場的適應能力和產品的競爭能力。
（4）光能驅動技術
利用光致變形材料可制作光致動器和光機器人。現已研制成功一種光致動器，其工作原理是將光照在形狀記憶合金上，反復地通、斷使材料伸縮，再利用感溫磁性體的溫度特性，將材料末端吸附在襯底上。利用材料本身的伸縮和端部的吸附特性，加上光的通斷便能實現所要求的動作。實驗驗證，該致動器能可在頂面步行。這種狀態目標處于初級階段，如果能發現具有優異光作用特性的動態物質，則可使光能驅動技術廣泛應用。
3.結語
技術上的改革和與之相配套的技術支持是創新技術的基礎。開發光機電一體化產品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術中恰當地引入電子技術，產品的面貌和行業的面貌就可以迅速發生巨大變化。產品一旦實現光機電一體化，便具有很高的功能水平和附加價值，將給開發生產者和用戶帶來巨大的社會經濟效益。
參考文獻
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[5]王家淳.激光焊接技術的發展與展望.激光技術，2001（2）
【論文摘要摘要:先容了光機電一體化技術特征,探究了國內外技術目前狀況和發展趨向,指出了未來發展遠景和一些重要技術熱門。
近些年來,光機電一體化技術得到迅猛發展,在民用產業和軍事領域得到廣泛地應用。因此,光機電一體化技術成為當今機械產業技術發展的一個主要趨向。
1.光機電一體化技術特征
光機電一體化系統主要由動力、機構、執行器、計算機和傳感器五個部分組成,相互構成一個功能完善的柔性自動化系統。其中計算機軟硬件和傳感器是光機電一體化技術的重要組成要素。和傳統的機械產品比較,光機電一體化產品具有以下技術特征。
1.1 體積小,重量輕,適應性強,操縱更方便
光機電一體化技術使得操縱職員擺脫了以往必須按規定操縱程序或節后頻繁緊張地進行單調重復操縱的工作方式,可以靈活方便地按需控制和改變生產操縱程序,任何一臺光機電一體化裝置的動作,可由預設的程序一步一步控制實現,甚至實現操縱全自動化和智能化。
1.2 功能增加,精度大幅進步
光機電一體化系統包括以激光、電腦等現代技術集成開發的自動化、智能化機構設備、儀器儀表和元器件。電子技術的采用使得包饋控制 水平進步,運算速度加快,通過電子自動控制系統可精確按預設動作,其自行診斷、校正、補償功能可減少誤差,達到靠單純機械方式所不能實現的工作精度。同時,由于機械傳動部件減少,機械磨損及配合間隙等引起的誤差也大大減小。
1.3 部分硬件實現軟件化,智能化程度進步
傳統機械設備一般不具有自維修或自診斷功能。光機電一體化技術使得電子裝置能按照人的意圖進行自動控制、自動檢測、信息采集及處理、調節、修正、補償、自診斷、自動保護直至自動記錄、顯示、打印工作結果。通過改變程序,指令等軟件內容而無需改動硬件部分就可變換產品的功能,使機械控制功能內容的確定和變化趨向向"軟件化"和"智能化"。
1.4 產品可靠性得到進步,使用壽命增長
傳統的機械裝置的運動部分,一般都伴隨著磨損及運動部件配合間隙所引起的動作誤差,導致可動摩擦、撞擊、振動等加重,嚴格影響裝置壽命、穩定性和可靠性。而光機電一體化技術的應用,使裝置的可動部件減少,磨損也大為減少,像集成化接近開關甚至無可動部件、無機械磨損。因此,裝置的壽命進步,故障率降低,從而進步了產品的可靠性和穩定性。
1.5 融合了多種學科新技術,衍生出很多功能更強、性能更好的新產品
光機電一體化產品的探究開發涉及到很多學科和專業知識,包括數學、物理學、化學、聲學、機械工程學、電力電子學、電工學、系統工程學、光學、控制論、信息論和計算機科學等。例如人們很熟悉的靜電復印機、彩色印像機等,就是一種由機、電、光、磁、化學等多種學科和技術復合創新的新型產品。光機電一體化技術將光電子技術、傳感器技術、控制技術和機械技術各自的上風結合起來,衍生出很多功能更強、性能更好的新一代技術裝備。
1.6 產品系統性增強,各部分系統間協調性要求進步
光機電一體化是一門學科的邊沿科學技術,多種技術的綜合及多個部分的組合,使得光機電一體化技術及產品更具有系統性、完整性和科學性。其各個組成部分在綜合成一個完整的系統中相互配合有嚴格的要求,這就要求各種技術揚長避短,進步系統協調性。
2.探究目前狀況和發展趨向
2.1探究目前狀況
自從我國實行改革開放以來,科技領域急起直追,我國的光機電一體化技術已取得明顯的成效,數控產品有了很大的進步,尤其是經濟型靈敏數控裝置發展很快,是我國特有的經濟實用產品,不但適用國內市場的需要,部分產品還隨主機配套出口。國內的機械產品采用可編程控制器(PC)和微電子技術控制設備也越來越多,覆蓋面也日益擴大,從紡織機械、軸承加工設備、機床、注塑機到橡膠輪胎成型機、重型機械、輕產業機械都是如此,我國自行研制和生產的光機電設備,在質量上也有重大突破,為今后的推廣應用打下了良好的基礎。 【
2.2 發展趨向
光機電一體化技術已經滲透到各個學科、領域,成為一種新興的學科,并逐漸成為一種產業,而這些產業作為新的經濟增長點越來越受到高度重視。
從世界科學技術的發展情況來看,光機電一體化技術的未來技術熱門主要包括摘要:
(1)激光技術
1)高單色性,利用激光高單色性作精密丈量時,可極大地進步丈量精度和量程。
2)高方向性,因具有很遠間隔傳輸光能和傳輸控制指令的能力,從而可以進行遠間隔激光通訊、激光測距、激光雷達、激光導航以及遠控。
3)高亮度性,利用激光的高亮度特性,中等亮度激光束在焦點四周可產生幾千到幾萬度的高溫,可使照射點物體熔化或汽化,對各種各樣材料和產品進行特種加工。
4)相干性,由于激光速頻率單一、相位方向相同。適用于激光通訊、全息照相、激光印刷以及光學計算機的研制,而在實際運用中也會通過一些激光技術改變激光輻射的特性,應用范圍更廣。
(2)傳感檢測技術
1)激光準直,能夠丈量平直度、平面度、平行度、垂直度,也可以做三維空間的基準丈量。
2)激光測距,其探測間隔遠,測距精度高,抗干擾性強,體積小,重量輕,但受自然影響大。
3)光纖探測器,在目標很小,間隔受限或危險的環境中,最常選用的是光纖探測器。
其他還有激光打孔、刻槽=標記、光化學沉積等加工技術。
(3)激光快速成型技術
激光快速成型是利用計算機將復雜的三維物體轉化為二維層,將熱塑性塑料粉末或膠粘襯底片材紙張燒結,由點、線構造零件的面(層),然后逐層成型。激光快速成型技術可使新產品及早投放市場,極大地進步了汽車生產企業對市場的適應能力和產品的競爭能力。
(4)光能驅動技術
利用光致變形材料可制作光致動器和光機器人。現已研制成功一種光致動器,其工作原理是將光照在外形記憶合金上,反復地通、斷使材料伸縮,再利用感溫磁性體的溫度特性,將材料末端吸附在襯底上。利用材料本身的伸縮和端部的吸附特性,加上光的通斷便能實現所要求的動作。實驗驗證,該致動器能可在頂面步行。這種狀態目標處于低級階段,假如能發現具有優異光功能特性的動態物質,則可使光能驅動技術廣泛應用。
3.結語
技術上的改革和和之相配套的技術支持是創新技術的基礎。開發光機電一體化產品有不同的層次和靈活的自由度。在機械技術中恰當地引進電子技術,產品的面貌和行業的面貌就可以迅速發生巨大變化。產品一旦實現光機電一體化,便具有很高的功能水平和附加價值,將給開發生產者和用戶帶來巨大的社會經濟效益。
參考文獻
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