電氣自動化控制中的人工智能技術(shù)探討

【摘 要】當(dāng)今社會，計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)滲透到生產(chǎn)生活的方方面面，計算機(jī)編程技術(shù)的日新月異催生自動化生產(chǎn)，運(yùn)輸，傳播的快速發(fā)展。人腦是最精密的機(jī)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(jī)能將是實(shí)現(xiàn)自動化的主要途徑。電氣自動化控制是增強(qiáng)生產(chǎn)、流通、交換、分配等關(guān)鍵一環(huán)，實(shí)現(xiàn)自動化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運(yùn)作的效率。

【關(guān)鍵詞】人工智能；自動化

人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能是計算機(jī)科學(xué)的一個分支，它企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式作出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。電氣自動化是研究與電氣工程有關(guān)的系統(tǒng)運(yùn)行、自動控制、電力電子技術(shù)、信息處理、試驗分析、研制開發(fā)以及電子與計算機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域的一門學(xué)科。實(shí)現(xiàn)機(jī)械的自動化，讓機(jī)械部份脫離人類的直接控制和操作自動實(shí)現(xiàn)某些過程是電氣自動化和人工智能研究的交匯點(diǎn)。積極運(yùn)用人工智能的新成果無疑有利于電氣自動化學(xué)科特別是自動控制領(lǐng)域的發(fā)展，也有利于提高電氣設(shè)備運(yùn)行的智能化水平，對改造電氣設(shè)備系統(tǒng)，增強(qiáng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性，加快生產(chǎn)效率都有重大意義。

1.人工智能應(yīng)用理論分析

人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能是計算機(jī)科學(xué)的一個分支，它企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式作出反應(yīng)的智能機(jī)器，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。自從 1956年“人工智能”一詞在 Dartmouth學(xué)會上提出以后，人工智能研究飛速發(fā)展，成為以計算機(jī)為主，涉及信息論、控制論、自動化、仿生學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)、數(shù)理邏輯、語言學(xué)、醫(yī)學(xué)和哲學(xué)的一門學(xué)科。人工智能研究的一個主要目標(biāo)是使機(jī)器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜的工作。

當(dāng)今社會，計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)滲透到生產(chǎn)生活的方方面面，計算機(jī)編程技術(shù)的日新月異催生自動化生產(chǎn)，運(yùn)輸，傳播的快速發(fā)展。人腦是最精密的機(jī)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(jī)能將是實(shí)現(xiàn)自動化的主要途徑。電氣自動化控制是增強(qiáng)生產(chǎn)、流通、交換、分配等關(guān)鍵一環(huán)，實(shí)現(xiàn)自動化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運(yùn)作的效率。比如說，超高壓輸電設(shè)備，如果沒有穩(wěn)定可靠的自動化控制系統(tǒng)來運(yùn)行，單靠人來直接控制，不但影響效率而且會造成諸如人身傷亡，供電調(diào)配不均，資源浪費(fèi)等問題。中國制造早已名聲在外，但中國生產(chǎn)線的自動化水平卻非常低，生產(chǎn)效率不高。中國是以大量勞動力廉價輸出而換取的經(jīng)濟(jì)總量，并沒有達(dá)到較發(fā)達(dá)國家的經(jīng)濟(jì)質(zhì)量。人工智能應(yīng)用于電氣自動化控制領(lǐng)域，就是打造具有人的一部份判斷能力、處理能力的電氣控制系統(tǒng)，提高生產(chǎn)能力，支持產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化。

2.人工智能控制器的優(yōu)勢

（1）它們的設(shè)計不需要控制對象的模型（在許多場合，很難得到實(shí)際控制對象的精確動態(tài)方程，實(shí)際控制對象的模型在控制器設(shè)計時往往有很多不確實(shí)性因素，例如：參數(shù)變化，非線性時，往往不知道）。

（2）通過適當(dāng)調(diào)整（根據(jù)響應(yīng)時間、下降時間、魯棒性能等）它們能提高性能。例如：模糊邏輯控制器的上升時間比最優(yōu)PID控制器快1.5倍，下降時間快3.5倍，過沖更小。

（3）它們比古典控制器的調(diào)節(jié)容易。

（4）在沒有必須專家知識時，通過響應(yīng)數(shù)據(jù)也能設(shè)計它們。

（5）運(yùn)用語言和響應(yīng)信息可能設(shè)計它們。

（6）它們有相當(dāng)好的一致性（當(dāng)使用一些新的未知輸入數(shù)據(jù)就能得到好的估計），與驅(qū)動器的特性無關(guān)?，F(xiàn)在沒有使用人工智能的控制算法對特定對象控制效果十分好，但對其他控制對象效果就不會一致性地好，因此對具體對象必須具體設(shè)計。

（7）它們對新數(shù)據(jù)或新信息具有很好的適應(yīng)性。

（8）它們能解決常規(guī)方法不能解決的問題。

（9）它們具有很好的抗噪聲干擾能力。

（10）它們的實(shí)現(xiàn)十分便宜，特別是使用最小配置時。

（11）它們很容易擴(kuò)展和修改。

3.人工智能的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1優(yōu)化設(shè)計

用于優(yōu)化設(shè)計的人工智能技術(shù)主要有遺傳算法和專家系統(tǒng)。遺傳算法是一種比較先進(jìn)的優(yōu)化算法，非常適合于產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計。因此電氣產(chǎn)品人工智能優(yōu)化設(shè)計大部分采用此種方法或其改進(jìn)方法。

優(yōu)化設(shè)計的另一個有力武器是專家系統(tǒng)。但從目前已開發(fā)的專家系統(tǒng)來看，總體上仍處于研究階段，離實(shí)用尚有一定距離。將專家系統(tǒng)應(yīng)用到電機(jī)設(shè)計領(lǐng)域是從1988年J.H.Garret建立變壓器設(shè)計專家系統(tǒng)開始的，目前我國沈陽工業(yè)大學(xué)特種電機(jī)研究所研制了永磁直流電動機(jī)及永磁同步電動機(jī)的設(shè)計專家系統(tǒng)；西安交通大學(xué)、華中理工大學(xué)、東南大學(xué)各自開發(fā)了異步電動機(jī)的設(shè)計專家系統(tǒng)，都取得了一定成效。在電器設(shè)計方面，河北工業(yè)大學(xué)做了一些有益的嘗試，他們將CAD技術(shù)與專家系統(tǒng)相結(jié)合，開發(fā)了電磁繼電器CAD專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)由3部分組成：最初設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計及零件結(jié)構(gòu)設(shè)計。使用時只要輸入繼電器的參數(shù)，專家系統(tǒng)便按要求自動設(shè)計出電磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸、線圈匝數(shù)、觸頭材料等并可繪出特性曲線和結(jié)構(gòu)圖。除了以上用遺傳算法與專家系統(tǒng)對電氣設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計的方法外，還有用模糊邏輯及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的設(shè)計方法。

3.2故障診斷

電氣設(shè)備的故障與其征兆之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜，具有不確定性及非線性，用人工智能方法恰好能發(fā)揮其優(yōu)勢。已用于電氣設(shè)備故障診斷的人工智能技術(shù)有：模糊邏輯、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

變壓器由于在電力系統(tǒng)中的特殊地位而備受關(guān)注，有關(guān)方面的研究論文較多。目前對變壓器進(jìn)行故障診斷最常用的方法是對變壓器油中分解的氣體進(jìn)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(shù)在發(fā)電機(jī)及電動機(jī)方面的研究工作也較為活躍。

3.3智能控制

人工智能控制技術(shù)在自動控制領(lǐng)域的研究與應(yīng)用已廣泛展開，但在電氣設(shè)備控制領(lǐng)域所見報道不多?？捎糜诳刂频娜斯ぶ悄芊椒ㄖ饕?種：模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家系統(tǒng)控制。由于模糊控制是其中最為簡單、最具實(shí)際意義的方法，因而它的應(yīng)用實(shí)例最多。

4.結(jié)語

人類智能主要包括三個方面，即感知能力，思維能力，行為能力。而人工智能是指由人類制造出來的“機(jī)器”所表現(xiàn)出來的智能。人工智能主要包括感知能力、思維能力和行為能力。人工智能的應(yīng)用體現(xiàn)在問題求解，邏輯推理與定理證明，自然語言理解，自動程序設(shè)計，專家系統(tǒng)，機(jī)器人學(xué)等方面，而這諸多方面都體現(xiàn)了一個自動化的特征，表達(dá)了一個共同的主題，即提高機(jī)械人類意識能力，強(qiáng)化控制自動化，因此人工智能在電氣自動化領(lǐng)域?qū)笥凶鳛?，電氣自動化控制也需要人工智能的參與。

【參考文獻(xiàn)】

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