電氣自動(dòng)化控制中人工智能技術(shù)應(yīng)用探究

王幫元

（安徽經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 信息工程系，安徽 合肥 230031）

電氣自動(dòng)化控制中人工智能技術(shù)應(yīng)用探究

王幫元

（安徽經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 信息工程系，安徽 合肥 230031）

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，基于人工智能技術(shù)的電氣自動(dòng)化控制，已應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)生活之中，并取得良好的應(yīng)用效果.本文分析了人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)之上，論述了人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的具體應(yīng)用，旨在強(qiáng)化對(duì)人工智能技術(shù)的認(rèn)識(shí)，并為今后相關(guān)領(lǐng)域的研究提供一定的參考.

人工智能；自動(dòng)化控制；控制應(yīng)用

1 人工智能技術(shù)

在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的大背景之下，人工智能技術(shù)孕育而生.作為一門(mén)新的科學(xué)技術(shù)，在現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展中起到重要的作用.人工智能技術(shù)的形成，不僅有計(jì)算機(jī)技術(shù)理論的支撐，也有其他學(xué)科交互交叉下的共同構(gòu)建.人工智能技術(shù)的本質(zhì)，主要在于通過(guò)對(duì)人類(lèi)智能的模擬，進(jìn)而創(chuàng)造出可以替代人類(lèi)從事復(fù)雜工作的機(jī)器人.當(dāng)前，人工智能技術(shù)的研究領(lǐng)域比較集中，主要在兩個(gè)領(lǐng)域：一是專(zhuān)家系統(tǒng)；二是機(jī)器人系統(tǒng).模擬人類(lèi)智能，最為突出的問(wèn)題就是，大腦問(wèn)題，人類(lèi)大腦精密且復(fù)雜，如果要模擬，那需要如何實(shí)現(xiàn)呢？在現(xiàn)代技術(shù)之下，這一模仿成為了可能，進(jìn)而逐步發(fā)展期人工智能技術(shù).在實(shí)際的生產(chǎn)生活之中，人工智能化已應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，并取得了良好的應(yīng)用效果，這也充分證明了人工智能技術(shù)強(qiáng)大的現(xiàn)實(shí)意義價(jià)值.此外，將人工智能、專(zhuān)家系統(tǒng)嵌入到仿真環(huán)境是減少仿真中的人力消耗，提高仿真自動(dòng)化程度和仿真精度，是拓寬一體化仿真規(guī)模的不可缺少的技術(shù).如下圖1所示，是人工智能技術(shù)與仿真學(xué)科的交叉.

圖1 人工智能技術(shù)與仿真學(xué)科的交叉

當(dāng)然，人工智能技術(shù)已應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)生活之中，但這項(xiàng)技術(shù)仍處于不斷成熟發(fā)展的階段，人工智能技術(shù)也存在一些問(wèn)題，需要在今后的技術(shù)創(chuàng)新之中進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn).隨著自動(dòng)控制理論的研究發(fā)展，人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用主要在專(zhuān)家系統(tǒng)、運(yùn)作效率和模糊控制三個(gè)方面.從實(shí)際情況來(lái)看，由于模糊控制系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單，且易于設(shè)備的融入，所以人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，仍主要集中在模糊控制.

2 人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用現(xiàn)狀

電氣自動(dòng)化控制是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的必然結(jié)果，也是推動(dòng)現(xiàn)代文明前景的重要力量.基于人工智能技術(shù)的電氣自動(dòng)化控制，一方面提高了電氣自動(dòng)化的控制效率；另一方面，降低了成本投入，符合工業(yè)企業(yè)發(fā)展的需求.所以，對(duì)于電氣自動(dòng)化控制而言，人工智能技術(shù)的應(yīng)用，無(wú)疑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

2.1 人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用價(jià)值

人工智能技術(shù)的優(yōu)越性非常顯著，主要在于人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息的收集、反饋及處理，在很大程度上替代了人類(lèi)進(jìn)行復(fù)雜的工作.所以，在電氣自動(dòng)化控制領(lǐng)域，人工智能技術(shù)的應(yīng)用，勢(shì)必是跨越式的發(fā)展.首先，基于人工智能技術(shù)的電子自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)了更優(yōu)的生產(chǎn)、流通等生產(chǎn)過(guò)程，在很大程度上實(shí)現(xiàn)了真正意義上的自動(dòng)化；另一方面；電氣自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，在很大程度上減少了人力的投入，降低了成本投入，提高了生產(chǎn)效率.對(duì)此，人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用，推動(dòng)了電子自動(dòng)化行業(yè)的升級(jí)，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化.

2.2 人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用現(xiàn)狀

其實(shí)，在動(dòng)物世界中，無(wú)論是哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)、魚(yú)類(lèi)還是無(wú)脊椎動(dòng)物，這樣的偏側(cè)優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象到處都是。它的成因，是演化長(zhǎng)河中，和多變的環(huán)境不斷相互適應(yīng)的過(guò)程中，變得日趨復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)。

在電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要完備的知識(shí)理論作為支撐.而且，電氣設(shè)備設(shè)計(jì)具有復(fù)雜性和系統(tǒng)性的特點(diǎn)，這就強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)工作的有效性.人工智能技術(shù)應(yīng)用在電氣自動(dòng)化控制中之后，人工智能控制功能已成為現(xiàn)實(shí)，并集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.2.1 人工智能控制實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集及處理功能.這一功能的實(shí)現(xiàn)，首先實(shí)現(xiàn)了對(duì)電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，而且在實(shí)際生產(chǎn)之中，可以對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及保存，這就大大提高了電氣自動(dòng)化的控制效率.

2.2.2 人工智能控制實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視機(jī)報(bào)警功能.對(duì)于電氣系統(tǒng)中的主要設(shè)備，這一功能可以對(duì)其模擬數(shù)據(jù)值實(shí)時(shí)監(jiān)視.與此同時(shí)，對(duì)于電氣設(shè)備的開(kāi)關(guān)量，實(shí)現(xiàn)了智能化監(jiān)視，并對(duì)于電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的變化進(jìn)行電話報(bào)警、記錄等，以便于事故的先前處理.

2.2.3 人工智能控制實(shí)現(xiàn)了操作控制功能.電氣自動(dòng)化控制的一大特點(diǎn)，就是通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣系統(tǒng)的控制.所以，對(duì)于電氣控制系統(tǒng)的操作人員而言，基于控制程序就可以實(shí)現(xiàn)同期并網(wǎng)帶負(fù)荷或體積操作.這樣一來(lái)，極大地提高了控制的效率，適合當(dāng)前的工業(yè)發(fā)展需求.

2.2.4 人工智能控制實(shí)現(xiàn)了故障錄波功能.人工智能控制的這一功能的實(shí)現(xiàn)，主要在于通過(guò)對(duì)故障錄波的模擬、順序記錄、波形的捕捉等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障錄波的智能化捕捉，這在很大程度上提高了電氣設(shè)備運(yùn)行的效率及安全.

3 人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用分析

目前，基于人工智能技術(shù)的電氣自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)性的優(yōu)化，諸多功能的實(shí)現(xiàn)，擴(kuò)大了人工智能技術(shù)在電氣控制領(lǐng)域中的應(yīng)用價(jià)值.在此，筆者主要闡述了人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備、電氣控制過(guò)程，以及事故診斷中的應(yīng)用，強(qiáng)化對(duì)人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化控制中的應(yīng)用認(rèn)識(shí).

3.1 人工智能技術(shù)在電氣自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用

實(shí)質(zhì)上，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)非常復(fù)雜，涉及多個(gè)領(lǐng)域與學(xué)科.一方面，電氣自動(dòng)化設(shè)備的操作，需要操作人員具有良好的綜合素質(zhì)，以及完備的專(zhuān)業(yè)知識(shí)；另一方面，電氣自動(dòng)化的復(fù)雜性，強(qiáng)調(diào)操作的有效性，方可減少因?yàn)椴僮魇д`或不當(dāng)，而造成的事故或停機(jī).對(duì)此，在對(duì)這些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的解決中，人工智能技術(shù)無(wú)疑起到釜底抽薪的效果.首先，人工智能技術(shù)以計(jì)算機(jī)為理論核心，通過(guò)程序的編寫(xiě)，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)下的智能控制.也就是說(shuō)，電氣設(shè)備的操作智能化，代替了人腦勞動(dòng)操作的不足.這樣一來(lái)，不僅提高了工作的效率，而且降低了成本投入；其次，人工智能技術(shù)的應(yīng)用，提高了電氣自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行的科學(xué)性，優(yōu)化了設(shè)備運(yùn)行的現(xiàn)實(shí)環(huán)境.如圖2所示，電氣自動(dòng)化設(shè)備人工智能化的系統(tǒng).

圖2 電氣自動(dòng)化設(shè)備人工智能化的系統(tǒng)

3.2 人工智能技術(shù)在電氣控制過(guò)程中的應(yīng)用

在電氣自動(dòng)化的過(guò)程中，電氣控制過(guò)程是最為核心的部分.人工智能技術(shù)在電氣控制過(guò)程中的有效應(yīng)用，無(wú)疑是提高電氣自動(dòng)化控制的重要基礎(chǔ).首先，在電氣控制的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化，在很大程度上提高了工作運(yùn)行的效率.并且，自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)了更加科學(xué)化發(fā)展，降低運(yùn)作的成本，尤其是在人力成本上，降低了人力在生產(chǎn)工作中的投入；其次，在電氣自動(dòng)化控制方面，人工智能技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)比較集中，以專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制為主.

3.2.1 模糊控制.模糊控制以模糊推理、模糊語(yǔ)言變量等為理論基礎(chǔ)，并以專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)作為模糊控制的規(guī)則.從其基本思路而言，模糊控制就是在被控制的對(duì)象的模糊模型的基礎(chǔ)之上，運(yùn)用模糊控制器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣控制系統(tǒng)的控制.其中，如圖3所示，是模糊控制系統(tǒng)的組成框架圖.模糊控制是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，以模糊邏輯的推理規(guī)則為理論基礎(chǔ)，并采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng).

圖3 模糊控制系統(tǒng)的組成框架圖

3.2.2 專(zhuān)家控制.專(zhuān)家控制是以專(zhuān)家系統(tǒng)理論為主體，并有機(jī)結(jié)合了控制理論技術(shù)，是對(duì)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)效仿下的人工智能控制技術(shù).所以，專(zhuān)家控制技術(shù)在電氣控制過(guò)程中的應(yīng)用，表現(xiàn)出顯著的特點(diǎn)就是自動(dòng)化控制的靈活性高，可實(shí)現(xiàn)對(duì)控制率的靈活選??；具有較好的適應(yīng)性，能夠通過(guò)對(duì)調(diào)控器的參數(shù)調(diào)整，適應(yīng)不同的工作環(huán)境；可提高電氣設(shè)備的運(yùn)行效率和設(shè)備的運(yùn)行安全.

3.2.3 網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)控制.網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)控制的原理就是基于對(duì)人腦神經(jīng)元的活動(dòng)模擬，以逼近原理為依據(jù)的網(wǎng)絡(luò)建模.當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)的研究比較廣泛，相關(guān)技術(shù)也日益成熟，在電氣控制過(guò)程中的應(yīng)用也日益廣泛，且具有良好的應(yīng)用效果.

為了更好地闡述人工智能技術(shù)在電氣控制過(guò)程中的應(yīng)用，本文以模糊控制為例進(jìn)行具體的闡述.具體而言，模糊控制在電氣控制過(guò)程中的應(yīng)用，其作用的發(fā)揮主要基于直流和交流傳動(dòng)的實(shí)現(xiàn).在直流傳動(dòng)中，其主要的傳動(dòng)控制是Mamdani、Sugeno.其中，mamdani是調(diào)速控制，而Sugeno則所有不同.此外，在交流傳動(dòng)中，其人工智能的有效實(shí)現(xiàn)依托于模糊控制器.如下圖4所示，是模糊控制器的原理圖.

圖4 模糊控制器的原理圖

3.3 人工智能技術(shù)在平常操作中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，我們的生活與電氣行業(yè)的關(guān)系日益緊密，電氣的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)我們的生產(chǎn)生活具有重要的意義.電氣操作強(qiáng)調(diào)操作流程的嚴(yán)格規(guī)范，在傳統(tǒng)電氣領(lǐng)域，由于操作復(fù)雜性，在操作的過(guò)程中不僅要花費(fèi)大量的時(shí)間，而且操作不當(dāng)或操作失誤，都有可能帶來(lái)嚴(yán)重的后果.所以，隨著電氣行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，基于人工技能技術(shù)的應(yīng)用，在很大程度上簡(jiǎn)化了電氣領(lǐng)域的操作過(guò)程.一方面，傳統(tǒng)繁瑣的操作步驟得到進(jìn)一步的簡(jiǎn)化，提高了電氣操作的效率；另一方面，自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，降低或杜絕了人工操作失誤所帶來(lái)的問(wèn)題，在很大程度上提高了電氣系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性.

3.4 人工智能技術(shù)在故障診斷中的應(yīng)用

人工智能技術(shù)以模糊理論、專(zhuān)家技術(shù)，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制為核心，在故障診斷領(lǐng)域也具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值.在電氣系統(tǒng)運(yùn)行中，變壓器、發(fā)動(dòng)機(jī)等的故障，不僅影響電氣系統(tǒng)運(yùn)行的效率與安全，而且在檢修方面具有較大的難度.在傳統(tǒng)的故障診斷中，一是故障診斷的方法復(fù)雜，且準(zhǔn)確診斷率較低；二是故障診斷需要花費(fèi)大量的時(shí)間與人力，與當(dāng)前的工業(yè)發(fā)展需求相沖突.例如，在對(duì)變壓器的故障診斷中，傳統(tǒng)的診斷方法是首先需要對(duì)變壓器油產(chǎn)生的氣體進(jìn)行收集與分析，基于分析的數(shù)據(jù)判斷變壓器是否發(fā)生故障.這就需要花費(fèi)較多的時(shí)間和人力，如果數(shù)據(jù)分析不準(zhǔn)確，則會(huì)影響診斷的準(zhǔn)確率，降低變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性.所以，人工智能技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器故障診斷的自動(dòng)化，極大地提高了故障診斷的效率和準(zhǔn)確性.

4 結(jié)束語(yǔ)

快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，改變了我們的生活.人工智能技術(shù)的出現(xiàn)，推動(dòng)了現(xiàn)代文明的發(fā)展.作為一門(mén)新興高科技，其在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用價(jià)值是無(wú)限的.首先，基于人工智能技術(shù)的電氣自動(dòng)化控制，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的電氣控制模式，實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展；其次，人工智能技術(shù)提高了電氣自動(dòng)化控制的效率，無(wú)論是在人力上，還是在物力上，都大大降低了成本的投入，表現(xiàn)出良好的現(xiàn)實(shí)意義價(jià)值.

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