電氣自動(dòng)化控制中的人工智能技術(shù)探討

摘 要：當(dāng)今社會(huì)，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)滲透到生產(chǎn)生活的方方面面，計(jì)算機(jī)編程技術(shù)的日新月異催生自動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)化的主要途徑。電氣自動(dòng)化控制是增強(qiáng)生產(chǎn)、流通、交換、分配等的關(guān)鍵一環(huán)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運(yùn)作的效率。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，許多新方法和技術(shù)進(jìn)入工程化、產(chǎn)品化階段，這對(duì)自動(dòng)控制技術(shù)提出全新的挑戰(zhàn)，促進(jìn)了智能理論在控制技術(shù)中的應(yīng)用，以解決用傳統(tǒng)的方法難以解決的復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。

關(guān)鍵詞：人工智能；自動(dòng)化；控制技術(shù)

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)。隨著電氣設(shè)計(jì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的方法有時(shí)很難適應(yīng)。在此背景下，人工智能技術(shù)被引入電氣設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，并取得了一些成功經(jīng)驗(yàn)。文章在總結(jié)人工智能在電氣設(shè)備領(lǐng)域取得成果的基礎(chǔ)上，對(duì)具體應(yīng)用提出一些看法與策略。

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(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)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(shí)別、圖像識(shí)別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。

當(dāng)今社會(huì)，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)滲透到生產(chǎn)生活的方方面面，計(jì)算機(jī)編程技術(shù)的日新月異催生自動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)化的主要途徑。電氣自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(huì)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(guó)制造早已名聲在外，但中國(guó)生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平卻非常低，生產(chǎn)效率不高。中國(guó)是以大量勞動(dòng)力廉價(jià)輸出而換取的經(jīng)濟(jì)總量，并沒有達(dá)到較發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)質(zhì)量。人工智能應(yīng)用于電氣自動(dòng)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(shì)

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

（2）通過適當(dāng)調(diào)整（根據(jù)響應(yīng)時(shí)間、下降時(shí)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(shí)間比最優(yōu)PID控制器快1.5倍，下降時(shí)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(shí)時(shí)，通過響應(yīng)數(shù)據(jù)也能設(shè)計(jì)它們。

（5）運(yùn)用語言和響應(yīng)信息可能設(shè)計(jì)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(jì)），與驅(qū)動(dòng)器的特性無關(guān)?，F(xiàn)在沒有使用人工智能的控制算法對(duì)特定對(duì)象控制效果十分好，但對(duì)其他控制對(duì)象效果就不會(huì)一致性地好，因此對(duì)具體對(duì)象必須具體設(shè)計(jì)。

（7）它們對(duì)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(shí)。

（11）它們很容易擴(kuò)展和修改。

總而言之，當(dāng)采用自適應(yīng)模糊神經(jīng)控制器，規(guī)則庫(kù)和隸屬函數(shù)在模糊化和反模糊化過程中能夠自動(dòng)地實(shí)時(shí)確定。有很多方法來實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程，但主要的目標(biāo)是使用系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的解，并且找到最簡(jiǎn)單的拓樸結(jié)構(gòu)配置，自學(xué)習(xí)迅速，收斂快速。

3 人工智能的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，它不僅要應(yīng)用電路、電磁場(chǎng)、電機(jī)電器等學(xué)科的知識(shí)，還要大量運(yùn)用設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是采用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)手段和根據(jù)經(jīng)驗(yàn)用手工的方式進(jìn)行的，因此很難獲得最優(yōu)方案。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電氣產(chǎn)品的設(shè)計(jì)從手工逐漸轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。人工智能的引進(jìn)，使傳統(tǒng)的CAD技術(shù)如虎添翼，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率及質(zhì)量得到全面提高。

用于優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)。因此電氣產(chǎn)品人工智能優(yōu)化設(shè)計(jì)大部分采用此種方法或其改進(jìn)方法。

優(yōu)化設(shè)計(jì)的另一個(gè)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(jì)領(lǐng)域是從1988年J.H.Garret建立變壓器設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)開始的，目前我國(guó)沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)特種電機(jī)研究所研制了永磁直流電動(dòng)機(jī)及永磁同步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)，都取得了一定成效。在電器設(shè)計(jì)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)由三部分組成：最初設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)及零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。使用時(shí)只要輸入繼電器的參數(shù)，專家系統(tǒng)便按要求自動(dòng)設(shè)計(jì)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(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)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(cuò)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(shì)。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(duì)變壓器進(jìn)行故障診斷最常用的方法是對(duì)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(dòng)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(dòng)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(bào)道不多。可用于控制的人工智能方法主要有三種：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(jiǎn)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)束語

人類智能主要包括三個(gè)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(dòng)程序設(shè)計(jì)，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(gè)自動(dòng)化的特征，表達(dá)了一個(gè)共同的主題，即提高機(jī)械人類意識(shí)能力，強(qiáng)化控制自動(dòng)化，因此人工智能在電氣自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)?huì)大有作為，電氣自動(dòng)化控制也需要人工智能的參與。

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