时间：2022-11-30 23:03:28
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇电机控制论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
论文关键词：网络控制网络化系统网络的控制
论文摘要：网络与控制的学科交叉研究与产品的研发是我们面临的一个机遇与挑战。在网络控制系统和网络的控制中都有不少问题可研讨。
二十年前,面对计算机与控制交叉发展的机遇与挑战,中国计算机学会工控机专委会(其前身:中国电子学会电子计算机专业委员会工业计算机学组)诞生。二十年后的今天,我们又面临新的机遇与挑战,其特征之一就是,信息科学技术快速发展所引发的计算网络与控制科学技术的交叉发展,本文简称为“网络控制”对此#已有不少论述。本文只是简要讨论一些看法。
1网络控制的机遇
近年来信息科学技术与信息产业的发展十分迅猛，新思想、新技术相继问世，网络方面的新技术和产品迅速进入市场。而在经历一个大发展后，自动化及控制理论在其发展中也出现一此“困惑”，各国均十分关注自动化科学与技术面临的机遇与挑战。1986年IEEE与美国国家基金委专家高峰会发表“对控制的挑战”一文;1990-1993年IFAC组织了“控制在工业中的应用而临计算机的挑战”调研……我国也十分重视这个问题:1999年宋健在IFAC大会报告:21世纪的控制;2002年中国国家自然科学基金委召开“中国自动化领域发展战略高层学术讨论会”在这此讨论中，信息的控制、网络技术对控制的冲击等都是一个议题。维纳《控制论》一书的副标题是:“关于在动物和机器中控制和通信的科学”;而在《控制论》第一版序言中他又指出“如果一门新的科学学科是真正有生命力的，它的引人兴趣的中心就必须而且应该随着岁月而转移……因此，控制论学家应该继续走向新的领域，应该把大部分注意力转移到近十年发展的新的思想上去……”。从历史上看，控制与通信确实是相互依存交叉发展的，而当今在“网络的连通性无所不在”的形势下，我们确有必要讨论网络对控制的挑战是什么，信息的控制或网络控制是否应该列为一个“引人兴趣的中心”。
“网络控制”的提法早已有过，而对其内涵与外延井不十分统一，我们觉得网络控制泛指通信网络与控制科学技术的交叉以及相应的产品。主要包括两个方面的内容，网络化系统的控制与管理，网络主要是做为技术手段或环境#而控制对象是传统的对象（如电机、化工过程、航天……）也包括交通服务等系统。本文简称为”网络化控制”"网络系统本身的控制与管理。信息与网络成为控制的对象，而采用控制的手段来满足用户的要求。本文简称为“网络的控制”。这也可以说是从两个视角来研究网络控制。我们在网络控制的这两个视角上都面临机遇与挑战，前者延伸了诸如数字控制。计算机控制等的概念，而后者则延伸了电机控制，机床控制等的概念。
2网络化系统与网络化控制
网络化系统及网络化控制有多种提法，如TelematicSys-terns，NetworkedSystems，NetworkedControlSystems(NCS)，IntegratedCommunicationandControlSystems(ICCS通信与控制系统)等，其内涵各有所侧重，但有共同点:是依靠网络(主要是计算机网络)组成的分布式系统;具有资源共享、集成自动化、协调下作等特点，从应用角度可包括:网络化控制、网络化制造、电子政务、电子商务、数字家庭、大型电网、城市交通、军事上的41SR指挥、控制、通信、计算机以及情报、监视、侦察)等。可以是下业对象也可以是服务业或其他对象。
网络化控制系统中的网络一般是大范畴的企业网络，从功能层次上可包括企业网的外联网[xtranet，企业内联网Intranet,控制网、传感网等，从网络类型上也可以说包括因特网、无线移动通信、以太网、现场总线与工业以太网、传感器网络等网络技术在控制领域的’泛且深入的应用，必然引起网络与控制交叉学科的发展，或者引起ThomasKahn在“TheStrutureofScientificRevolutions”中指出的在控制领域的范例转移(ParadigmShift)或出现从连续时间控制理论到离散时间控制理论的发展。
网络化控制与管理系统，可以不同程度地实现各层次自动化系统的集成使企业在企业协作、资源共享、提高效率、增强市场竞争能力等方面得到好处;同时，网络的引入必然带来信息传输时延，延时的抖动信息(数抓包)去失等问题，也必将引发一此研究课题，包括:网络化控制系统体系结构，网络环境下复杂系统的集成优化控制;基于连续时间和基于事件控制理论(在网络化控制系统中的)的应用与发展;各种网络化应用系统的建模与分析;基于网络计算和网络存储的分布控制;网络化系统的信息女全，现场总线，工业以太网，传感器网络等等，从某种意义说工业控制计算机系统的发展必须定位于网络环境下，从网络控制着手。
3网络的控制与答理
网络的控制，基于网络的控制(Network一BasedControl)或网络空间中的控制问题是自接涉及到网络木身的控制问题，这里控制的对象是信息、数抓、网络……。在自动化科学发展的历史中，自动控制的对象是不断发展变化的，这种发展体现了自动化科学理论与实际相结合，学科交叉和与时俱进的特性，从某种意义上说控制论的着眼点是信息与控制或信息的控制而网络的控制是信息的控制中的重要内容。
网络的控制或基于网络的控制系统在资源共享提高网络服务质量，实现集成自动化和整体优化以及和谐人机协调等方而都有优势或潜力;由于网上的传输时延，数抓包去失，以及用户对网络服务质量的不同需求等，引出了网络的控制中一系列研究课题。涉及相关的协议，系统的控制策略，稳定性、鲁棒性、算法的收敛性以及控制系统产品化等问题。
以复杂媒体网络的控制为例，复杂媒体可视为一个广义的系统，其所究内容包括信息结构、复杂媒体的管理.、服务质量(QOS)控制，流量控制等。例如，在流媒体系统中，可以利用自适应等控制策略使用户在不同的网络环境卜享受到尽可能好的QoS保证。1999年，木尼迪克特(Bendidt)提出了“网络空间”（Cyberspace)的概念，称这种“由计算机支持，由计算机进入和由计算机产生的全球网络化，是多维度的，人造或‘虑拟’的真实。它是真实的，每一台计算机都是一个窗口;它是虑拟的，所看到的或所听到的既不是物质也不是物质的表现，相反它们都是纯粹的数抓或信息组成的”。可以说，它是介于虑拟和现实之间的特殊空间，即“网络空间”，由此而可能发展网络科学。网络空间有许多控制和答理问题，有人称之为“虑拟控制”或网络的控制。近年来，关于下一代互联网、智能网、网格等的讨论也较多，网格（Grid)一般认为是继传统因特网、Web之后的第三代因特网其主旨是实现互联网上所有资源的全而连通，在气象、能源、教育以及企业信息化中都有广’泛应用。美国《福布斯特》杂志预期网格技术到2020年将产生年产伯20万亿美元的大下业。在网格中分布资源管理与控制、资源共享、网格监控以及系统女全等方而的研究都是受人关汁的四。有人建议，在网格的体系上要体现服务第一，协议第一的观念。另外，在下一代网关中，可能会将大部分控制功能(呼叫控制、接入控制、资源控制、服务质量控制等)统一交由一个控制层来完成。可见，网络的控制及管理.是日益受到重视，控制的一此基本概念，控制策略和控制理论不能简的一地搬用到网络的控制中，但应可以在网络的控制中得到发展。
以网络为控制对象的网络控制所要解决的主要是用户对网络各种服务质量:需求与网络资源间的矛盾与协调。从信息传送结构上讲，可以在核心网上增强控制功能;也可以在边缘网上引入系统与控制的方法。在这此系统建模与分析中，多会遇到系统规模大、异构件、时变性、人机协调、随机性等问题、在已见的一此研究成果中，排队论、小波分析、自适应、神经网络、混杂系统等理论与方法都有应用。在因特网或非实时局域网的控制系统中，离散控制时间的确定性或定常性已不存在，要发展网络控制理论或改造经典的方法或按离散事件动力学考虑新途径，学科交叉研究势在必行。
4对下控机系统及专委会工作的一此思考
二十年前，在个人计算机(PC)技术成热并大举进入市场之际，我们成立了工业控制计算机专业委员会，在学术交流、产品研发等方面做了许多工作，得到了广泛的认可。当前，信息网络迅速发展，而对网络控制等的机遇，工控机系统的研发人员应多交流讨论。各种工控机系统，现场总线、工业以太网，分布控制系统，传感器仍是工业自动化与下控机的主要课题，而网络控制的机遇与挑战也是专委会需认真思考的:
1)当前，我国在网络化控制(网络化系统，网络化制造……)方面的研究与产品研发已有一此成果，尚待深入与普及;而在网络的控制方而的研究下作刚刚开始。我们可能需要在理论探索、技术研究以及协议（标准)制定、产品研发等层面上挑战网络控制的机遇。
2)需要面对网络控制的挑战，加强计算机、通信网络、自动控制等学术交叉性的研讨，可与兄弟专委会联合组织。计算机、通信网络、自动控制等不同专业背景的人员在从事网络控制这类学科交叉研究中，往往有不同的思路、视角、方法或切入点，其成果也各有特色。多交流互补是大有益处的。
关键词：人工智能 电气 自动化
人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法 技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支 它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器．该领域的研究包括机器人．语言识别、图像识别 自然语言处理和专家系统等。电气自动化是研究与电气工程有关的系统运行、自动控制，电力电子技术、信息处理、试验分析 研制开发以及电子与计算机应用等领域的一门学科。实现机械的自动化，让机械部份脱离人类的直接控制和操作自动实现某些过程是电气自动化和人工智能研究的交汇点。积极运用人工智能的新成果无疑有利于电气自动化学科特别是自动控制领域的发展．也有利于提高电气设各运行的智能化水平．对改造电气设备系统，增强控制系统稳定性．加快生产效率都有重大意义。
1、人工智能应用理论分析
人工智能(Artificial Intelligence)，英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟，延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质．并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器 该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别 自然语言处理和专家系统等。自从1956年“人工智能 一词在Dartmouth学会上提出以后，人工智能研究飞速发展，成为以计算机为主．涉及信息论．控制论， 自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学的一门学科。人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂的工作。
当今社会，计算机技术已经渗透到生产生活的方方面面．计算机编程技术的日新月异催生自动化生产，运输 传播的快速发展。人脑是最精密的机器，编程也不过是简单的模仿人脑的收集、分析、交换、处理、回馈．所以模仿模拟人脑的机能将是实现自动化的主要途径。电气自动化控制是增强生产．流通、交换、分配等关键一环．实现自动化，就等于减少了人力资本投入，并提高了运作的效率。
2、人工智能控制器的优势
不同的人工智能控制通常用完全不同的方法去讨论。但Al控制器例如：神经、模糊、模糊神经以及遗传算法都可看成一类非线性函数近似器。这样的分类就能得到较好的总体理解．也有利于控制策略的统一开发。这些Al函数近似器比常规的函数估计器具有更多的优势．这些优势如下：
(1)它们的设计不需要控制对象的模型(在许多场合，很难得到实际控制对象的精确动态方程，实际控制对象的模型在控制器设计时往往有很多不确实性因素，例如：参数变化，非线性时，往往不知道)。
(2)通过适当调整(根据响应时间 下降时间、鲁棒性能等)它们能提高性能。例如模糊逻辑控制器的上升时间比最优PID控制器快1.5倍 ，下降时间快3.5倍， 过冲更小。
(3)它们比古典控制器的调节容易。
(4)在没有必须专家知识时．通过响应数据也能设计它们。
(5)运用语言和响应信息可能设计它们。
总而言之，当采用自适应模糊神经控制器、规则库和隶属函数在模糊化和反模糊化过程中能够自动地实时确定。有很多方法来实现这个过程，但主要的目标是使用系统技术实现稳定的解，并且找到最简单的拓朴结构配置．自学习迅速，收敛快速。
3、人工智能的应用现状
随着人工智能技术的发展，许多高等院校及科研机构就人工智能在电气设备的应用方面展开了研究工作，如将人工智能用于电气产品优化设计，故障预测及诊断、控制与保护等领域。
3.1 优化设计
电气设备的设计是一项复杂的工作 它不仅要应用电路、电磁场、电机电器等学科的知识，还要大量运用设计中的经验性知识。传统的产品设计是采用简单的实验手段和根据经验用手工的方式进行的．因此很难获得最优方案。随着计算机技术的发展，电气产品的设计从手工逐渐转向计算机辅助设计(CAD)，大大缩短了产品开发周期。人工智能的引进．使传统的CAD技术如虎添翼．产品设计的效率及质量得到全面提高。用于优化设计的人工智能技术主要有遗传算法和专家系统。遗传算法是一种比较先进的优化算法，非常适合于产品优化设计。因此电气产品人工智能优化设计大部分采用此种方法或其改进方法。
3.2 故障诊断
电气设备的故障与其征兆之间的关系错综复杂，具有不确定性及非线性．用人工智能方法恰好能发挥其优势。已用于电气设备故障诊断的人工智能技术有：模糊逻辑、专家系统、神经网络。
变压器由于在电力系统中的特殊地位而备受关注，有关方面的研究论文较多。目前对变压器进行故障诊断最常用的方法是对变压器油中分解的气体进行分析．从而判断变压器的故障程度。人工智能故障诊断技术在发电机及电动机方面的研究工作也较为活跃。
3．3智能控制
人工智能控制技术在自动控制领域的研究与应用已广泛展开．但在电气设备控制领域所见报道不多。可用于控制的人工智能方法主要有3种：模糊控制、神经网络控制、专家系统控制。由于模糊控制是其中最为简单、最具实际意义的方法．因而它的应用实例最多。
4、结语
人类智能主要包括三个方面．即感知能力．思维能力 行为能力。而人工智能是指由人类制造出来的 机器”所表现出来的智能。人工智能主要包括感知能力、思维能力和行为能力。人工智能的应用体现在问题求解．逻辑推理与定理证明，自然语言理解 自动程序设计．专家系统，机器人学等方面，而这诸多方面都体现了一个自动化的特征．表达了一个共同的主题，即提高机械人类意识能力，强化控制自动化．因此人工智能在电气自动化领域将会大有作为，电气自动化控制也需要人工智能的参与。
参考文献：
关键词：仿生；四足；机器狗
中图分类号：S611文献标识码： A
1 引言
地球表面多为崎岖不平的地面，仅仅依靠轮式机械无法完全实现在这些自然环境中行走。因此，设计和制造一种类似动物能够适应各种不平地面和恶劣环境的机器人，一直是我们追求的目标。目前机器人按行走方式类型可分为轮式、履带式和足式，仿生足式机器人具有运动灵活和良好的地形适应能力特点。正是基于此，仿生足式机器人的研究成为机器人研究领域的热点之一。仿生多足机器人是模仿多足动物运动形式的特种机器人，是一种足式移动机构。所谓多足是指四足以上，常见的多足机器人包括四足机器人、六足机器人和八足机器人[1]。其中四足机器人由于既有超过二足机器人的平稳性又避免了六足机器人机构的冗余性和复杂性，在工程探险、反恐防爆、军事侦察等领域具有良好的应用前景，开展该方面的研究具有重要的实际应用价值及社会意义[2]。
2机械结构分析与设计
足式机器人的运动实质上是有图2-1中XOY平面上的EF，IG，JH之间的滑块机构和AE之间的转动副，驱动AB杆绕A点转动，BC杆绕B点转动，CD绕C点转动，AE绕Z轴转动，从而使D点相对地面运动，达到行走目的[3]。三个滑块机构没有直接与AB，BC，CD杆件相连，而是与AB，BC，CD三杆的侧向延长点连接，主要是为了避免当AB杆与AE杆、AB杆与BC杆、BC杆与CD杆处于同一直线所产生的奇异现象。在机构分析中，不需要考虑各杆件的质量，具体机械结构和强度，只对杆件作位移、速度和加速度分析。足式机器人腿部的机构学分析主要为运动学正解和运动学反解两部分。运动学正解是为设计腿部的机械零件提供必要的参数依据。运动学反解用以验证运动学正解的结果，并为腿部的实际运动控制提供计算依据。
图2-1四足机器人腿部机构简图
2.1自由度的配置
自由度的配置参看图2-1中。其中，沿着机器狗中轴线运动的方向有4个自由度，其中三个带有驱动，另外一个冗余自由度； 垂直于相应方向有一个自由度。
2.2机构分析与设计
首先定义AB的长度为, BC的长度为，CD的长度为，AB与AE的夹角为α，AB与BC的夹角为β，BC与CD的夹角为γ，AE绕X轴的转角为θ，如图2-1所示。由于AE与足式机器人的机身想连接，为了分析方便，假设机身保持固定，即AE只绕X轴转动，而无其它任何平动和转动，同时忽略CD之间的滑块机构的运动（选用阻尼器可实现）。
由于机器人腿部的驱动机构为滑块机构，因此可以推到α，β，γ，θ与EF，IG，JH，PQ长度之间的关系如下：
式中，为4个滑块的长度，为变量。π/4是为了避免出现奇异，对AB， BC，CD 3个杆件侧向延长所产生的。
运动学正解主要是定义驱动的运动规律计算图2-1中D点的运动轨迹、速度和加速度。设D点的坐标为（），由几何关系可得：
式表示了D点坐标与α，β，γ，θ角速度之间的变化关系。定义驱动机构，即滑块机构的运动规律，结合式，由式可计算出D运动是的坐标。
速度方程反映了D点速度与α，β，γ，θ角速度之间的关系。可由式等式两侧对时间求导计算出。设X，Y均为变量，且符合Y=F(X), 则：
，
式中，偏导函数构成的矩阵为雅可比矩阵。
因此，速度方程可以用雅可比矩阵形式表示出，如所示：
=
式中，矩阵中的各元素如下所示：
此外，还需研究液压缸驱动速度与α，β，γ，θ角速度之间的关系，由式得：
式中，，，，为各缸的运动速度。表明了关节角速度与液压缸速度之间的关系，实际上关节驱动力矩与液压缸输出力也成类似关系。该式表明当α=β=γ=45，和θ=90时，腿部机构出现奇异情况，当然由于实际液压缸行程的限制，并不会出现这种情况。如果液压缸直接与AB，BC，CD杆件连接，即杆件无侧向延长，则出现奇异情况，除非限制液压缸的行程，但无法满足运动要求。结合式和式，可由驱动机构的速度计算出D点的速度。
式为速度方程，等式两边同时对时间求导，可得加速度方程，展开表示为如下：
式中，L和L对时间的一阶，二阶倒数如下所示：
由式，，可知，对于给定的三个滑块机构及转动副的驱动规律，结合式可得到α，β，γ，θ的运动规律，因此可确定唯一的D点的位移、速度和加速度。
运动学反解主要是通过定义图2-1中D点运动轨迹计算各驱动的运动规律，与正解相反。设D点坐标已知，即式中的，，己知α，β，γ，θ待求。显然，由于3个方程4个未知数，其解理论上为无穷多组。为了求解方便，不妨假设a保持不变，即EF之间的滑块驱动静止。因此由式可先求出θ:
式整理得到如下表达式：
式消元并求解，可得:
式中，α，β，γ，θ，ψ符合如下关系：
，，，，
由上述的反解结果，即式和式可知，由可以确定θ，且为唯一解，由，可以得到α，β，γ的无穷多组解。由于实际中驱动机构为滑块机构，因此结合式，可以得到实际驱动的运动规律，即FE，IG，JH，PQ的长度变化规律。该结果将用于机器人腿部的运动控制。
上述分析结果又一次表明了机器人腿部为冗余系统，即可以通过组合不同的FE，IG，JH处滑块的驱动规律，得到D点相同的关于，运动规律。这为设计机器人腿部驱动规律提供了很大的弹性，即可以根据能耗最低的方式，也可以根据外负载最大，或抗外部扰动力最大等方式来确定一组关于FE，IG，JH处滑块的驱动规律关系式，并结合式设计驱动规律，但得到的都是相同的机器人运动规律。这就是将机器人腿部设计为冗余系统的重要原因。
3整体方案设计
一个完整的液压系统主要包括能源装置，执行装置，控制调节装置及其它相关和必要的辅助装置[4]。
执行装置实现将油液的液压能转换为机械能。主要的执行装置有液压缸、摆动缸和液压马达。如果采用摆动摆动缸和液压马达作为执行元件，则可以安装在图 中的A，B，C处。但是由于目前市场上摆动缸和液压马达重量和体积均较大，容易是足式机器人的整体重量超标，对负载能力产生负面影响。因此，执行元件采用液压缸。由于液压缸往返方向的速度和输出力不需要相同，因此采用单杆活塞双作用液压缸。
辅助装置包括蓄能器、滤油器、密封件、油箱、热交换器、管路、管接头及阀块[5]等。这些元件在液压系统中起辅助作用，也是不可或缺的，用以保证系统有效、安全地工作。蓄能器的作用为：作辅助动力源；吸收液压冲击和消除压力脉动；维持系统恒压和补充泄露。滤油器的功能是过滤混在液压油液中的杂质，保证系统正常地工作。
在图中，由于机器人腿部共有4个主动自由度，因此，采用4个双作用单
活塞杆液压缸作驱动，4个电液伺服阀分别控制液压缸的运动，在进油口处装有一精滤油器。液压泵为单作用变量叶片泵，由交流电机驱动，在吸油口出装有滤油器，防止杂质对液压泵造成损坏。精滤油器和液压泵之间装有一单向阀，主要是防止液压油倒流。溢流阀是为了当系统压力超过限制时，起安全作用。蓄能器作应急供油作用。回油管路接滤油器，吸收杂质，防止流到油箱，同时装有2个单向阀，防止液压油倒流，以及滤油器堵塞时，能正常回油。冷却形式为风冷。压力表显示系统工作时，压力状态。
图3-1 液压系统原理图
4总结
本文着重研究足式机器人腿部的机械结构和液压系统设计。首先针对足式机器特点，提出了自由度设置，设计了腿部机构简图方案，根据机构简图对腿部进运动学正解和反解分析，并且对其驱动系统进行了设计。
参考文献
[1] 罗庆生 韩宝玲 现代仿生机器人设计 [M]. 北京：电子工业出版社，2008：6.
[2] 黄博. 四足机器人行走步态及CPG控制研究 [D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007
[3] 张鹏翔. 液压驱动的足式机器人腿部结构设计与研究 [D] 北京邮电大学硕士论文.
[4] 邓乐主编.液压传动IMI，第1版. 北京邮电大学出版社，2010年
