論電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的人工智能技術(shù)

盧曉慶

摘 要：人類(lèi)智能的特殊性在于它擁有感知能力，思維能力和行為能力三種能力，因此發(fā)展?jié)摿薮?。而人工智能是指由人?lèi)制造出來(lái)的“機(jī)器”所表現(xiàn)出來(lái)的智能。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(lèi)智能相似的方式作出反應(yīng)的智能機(jī)器。電氣自動(dòng)化是電氣信息領(lǐng)域的一門(mén)新興學(xué)科，它主要運(yùn)用運(yùn)動(dòng)控制、工業(yè)過(guò)程控制、電力電子技術(shù)、檢測(cè)與自動(dòng)化儀表、電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理、管理與決策等領(lǐng)域。人工智能技術(shù)的運(yùn)用極大地促進(jìn)了電氣自動(dòng)化學(xué)科特別是自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展，提高了電氣設(shè)備運(yùn)行的智能化，增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是對(duì)生產(chǎn)技術(shù)的又一次巨大革新。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù)；應(yīng)用；電氣自動(dòng)化系統(tǒng)

1 前言

本文首先分析了人工智能應(yīng)用理論，然后闡述了人工智能控制器的特點(diǎn)，最后研究了人工智能技術(shù)在電氣設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用措施，具有較強(qiáng)的科學(xué)性和理論性，供參考。

2 人工智能應(yīng)用理論分析

人工智能（ArtificialIntelligence），英文縮寫(xiě)為AI。人工智能也稱(chēng)機(jī)器智能，是一門(mén)邊沿學(xué)科，屬于自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的交叉。自從1956年“人工智能”一詞在Dartmouth學(xué)會(huì)上提出以后，人工智能研究得到了飛速發(fā)展。二十世紀(jì)七十年代以來(lái)被稱(chēng)為世界三大尖端技術(shù)之一（空間技術(shù)、能源技術(shù)、人工智能）。也被認(rèn)為是二十一世紀(jì)（基因工程、納米科學(xué)、人工智能）三大尖端技術(shù)之一。人工智能是研究使計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人的某些思維過(guò)程和智能行為（如學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等）的學(xué)科，主要包括計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)智能的原理、制造類(lèi)似于人腦智能的計(jì)算機(jī)，使計(jì)算機(jī)能實(shí)現(xiàn)更高層次的應(yīng)用。人工智能是包括十分廣泛的科學(xué)，它由不同的領(lǐng)域組成，它是哲學(xué)，認(rèn)知科學(xué)，數(shù)學(xué)，神經(jīng)生理學(xué)，心理學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)，信息論，控制論，不定性論，仿生學(xué)等多種學(xué)科互相滲透而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)綜合性學(xué)科。主要應(yīng)用于智能控制，專(zhuān)家系統(tǒng)，機(jī)器人學(xué)，語(yǔ)言和圖像理解，遺傳編程機(jī)器人工廠(chǎng)等。總的說(shuō)來(lái)，人工智能研究的一個(gè)主要目標(biāo)是使機(jī)器能夠勝任一些通常需要人類(lèi)智能才能完成的復(fù)雜工作。人工智能不是人的智能，更不會(huì)超過(guò)人的智能。

3 人工智能控制器的特點(diǎn)

在電氣自動(dòng)化中應(yīng)用較多的人工智能控制器主要是非線(xiàn)性函數(shù)近似器，如：神經(jīng)算法、模糊理論、模糊神經(jīng)算法和遺傳算法等。采用AI函數(shù)近似器擁有比常規(guī)函數(shù)估計(jì)器更多優(yōu)良的特點(diǎn)。

（1）在進(jìn)行人工智能電氣設(shè)計(jì)時(shí)不需要得到實(shí)際控制對(duì)象精確的動(dòng)態(tài)模型，不需要知道參數(shù)變化、非線(xiàn)性等具體因素；（2）根據(jù)響應(yīng)時(shí)間、下降時(shí)間或者魯棒特性等進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以提高設(shè)函數(shù)性能：在進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整后，模糊邏輯控制器上升時(shí)間是最優(yōu)的普通PID控制器的1.5倍，而下降時(shí)間則比PID快了近3.5倍左右，并且過(guò)沖很?。唬?）人工智能控制器擁有良好的一致性，且跟驅(qū)動(dòng)器的特性沒(méi)有直接聯(lián)系，即使在輸入新的未知數(shù)據(jù)時(shí)也能得到很好的預(yù)測(cè)結(jié)果。

4 人工智能在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

4.1 人工智能技術(shù)在電氣設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，涉及到電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)中電路、電機(jī)、變壓器、電力電子技術(shù)、電磁場(chǎng)等多門(mén)學(xué)科內(nèi)容；對(duì)設(shè)計(jì)者的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)要求很高，需要大量的人力、物力和財(cái)力。而借助于人工智能技術(shù)，可以解決很多人腦難以快速解決的繁瑣計(jì)算和模擬過(guò)程，大大地提高了設(shè)計(jì)中的工作效率和精度。

電氣設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意不同的算法使用與不同的實(shí)際情況，專(zhuān)家系統(tǒng)通常用于開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)，而遺傳算法常常被用于優(yōu)化設(shè)計(jì)。要進(jìn)行高效率、高質(zhì)量的設(shè)計(jì)工作，要求工作人員具有高水平的人工智能軟件應(yīng)用能力和豐富的工作經(jīng)驗(yàn)。

4.2 人工智能在電氣控制中的應(yīng)用

電氣自動(dòng)化控制是實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)生產(chǎn)、流通、交換和分配的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提高控制自動(dòng)化，就能夠減少人力、財(cái)力投入，提高系統(tǒng)的運(yùn)作效率和質(zhì)量。人工智能技術(shù)在電氣設(shè)備控制中的應(yīng)用主要包括模糊控制、專(zhuān)家系統(tǒng)控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。在實(shí)際應(yīng)用中，用得最多的是模糊控制，因?yàn)槟：刂谱詈?jiǎn)單，且與實(shí)際聯(lián)系最為緊密。下面以人工智能控制在電氣傳動(dòng)控制中的應(yīng)用為例進(jìn)行介紹。

模糊控制在電氣傳動(dòng)控制中的應(yīng)用主要分為在直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)中的應(yīng)用。直流傳動(dòng)控制中模糊邏輯控制主要應(yīng)用于模糊控制器中，包括Mamdani和Sugeno。Mamdani用于調(diào)速控制，其規(guī)則庫(kù)是一個(gè)if-then模糊規(guī)則集；而Sugeno控制器實(shí)際上是Mamdani控制器的特例，其典型的規(guī)則是：如果x隸屬于A(yíng)，且y隸屬于B，則Z=f（x，y）。這里，A和B是兩個(gè)模糊集。

4.3 人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要包括專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊集理論和啟發(fā)式搜索這4個(gè)方面。專(zhuān)家系統(tǒng)ES是一個(gè)集大量規(guī)則、經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)于一身的復(fù)雜程序系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是依靠某個(gè)特定領(lǐng)域的專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，進(jìn)行推理判斷，并模擬專(zhuān)家的決策過(guò)程，對(duì)各種需要專(zhuān)家進(jìn)行決策的難題進(jìn)行處理。專(zhuān)家系統(tǒng)由6個(gè)部分組成，即知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、咨詢(xún)解釋、知識(shí)獲取和人機(jī)接口。專(zhuān)家系統(tǒng)常用規(guī)則是“if-then規(guī)則”，即在滿(mǎn)足if條件后執(zhí)行then之后的操作。在專(zhuān)家系統(tǒng)的使用中，需要根據(jù)新的具體情況對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)進(jìn)行更新，以適應(yīng)發(fā)展需求。

現(xiàn)有許多種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和訓(xùn)練算法在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有靈活的學(xué)習(xí)方式和完全分布式的存儲(chǔ)方式，在大規(guī)模信息處理中得到廣泛應(yīng)用；并且其識(shí)別能力和復(fù)雜狀態(tài)分類(lèi)能力都很強(qiáng)大。在電力系統(tǒng)的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)中，BP神經(jīng)網(wǎng)路能夠在足夠的馴良樣本中，對(duì)模型急怒攻心合理分類(lèi)，對(duì)輸入進(jìn)行選擇，構(gòu)建不同季節(jié)的周預(yù)測(cè)和日預(yù)測(cè)模型；將元件關(guān)聯(lián)分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合進(jìn)行復(fù)雜電力系統(tǒng)故障診斷，采用ANN面向元件的模型，可以對(duì)每類(lèi)元件進(jìn)行故障報(bào)警和定位操作，還可以對(duì)同一跳閘區(qū)域中的不同故障進(jìn)行識(shí)別。

模糊理論在電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算、系統(tǒng)規(guī)劃和模糊控制等方面的應(yīng)用得到了飛速發(fā)展，因?yàn)槟：壿嬆軌蛲瓿筛唠y度的數(shù)學(xué)近似計(jì)算，對(duì)負(fù)荷變化和電力生產(chǎn)等不確定因素建立隸屬函數(shù)，以構(gòu)建電力系統(tǒng)的最優(yōu)化潮流模型。

4.4 人工智能對(duì)日常操作的影響

電力系統(tǒng)不僅影響著電力系統(tǒng)建設(shè)的自動(dòng)化水平，對(duì)日常的管理工作的影響也十分重大。人工智能技術(shù)應(yīng)用于日常操作中，可以幫助實(shí)現(xiàn)以家用電腦操作進(jìn)行系統(tǒng)操作，簡(jiǎn)化電流調(diào)整、設(shè)備操作界面，并且可自動(dòng)進(jìn)行日志生成和儲(chǔ)存、報(bào)表自動(dòng)生成等功能。電氣系統(tǒng)日常操作中引進(jìn)人工智能技術(shù)，不僅能夠簡(jiǎn)化各種操作、規(guī)范各種文件樣式和規(guī)格，并且能夠?qū)崿F(xiàn)操作的簡(jiǎn)便性和可視性。

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