電氣自動化控制中人工智能技術的應用

萬浩

（中船重工第710研究所，湖北宜昌，443000）

0 前言

隨著社會進步，經濟發(fā)展，互聯(lián)網+，大數據分析等新技術日新月異，突飛猛進，現(xiàn)代工業(yè)對于設備的自動化和智能化的需求越來越高，人工智能技術發(fā)展的風口也引起了越來越多的關注，其在電氣自動化控制中的應用研究被日益重視。歷史經驗表明，任何技術的進步都是為了解決生產力的發(fā)展需求而出現(xiàn)，人工智能也不例外。人工智能技術通過對人類的各種模擬，提前在電腦機器中預先設置好操作程式，使其能夠像人一樣對圖像、語音、標準、零件、程序等進行識別辨認及操作，實現(xiàn)一定程度上代替人來工作的目的。從而減少人力支出，降低生產成本，增加工作效率，可以滿足不同形式下的生產需求，為企業(yè)創(chuàng)造更好的經濟效益。同時，由于機器設備實現(xiàn)了電氣化自動化智能控制，可以有效降低人工操作導致的企業(yè)安全風險。因此，人工智能技術已經成為企業(yè)設備電氣自動化控制的趨勢和應用主體，也是我國工業(yè)生產中的重要技術支撐。不斷對人工智能技術進行變革和創(chuàng)新，充分發(fā)揮其技術優(yōu)勢，對電氣自動化控制中人工智能技術的應用進行研究，具有一定意義。

1 人工智能技術的概念及特點

1.1 人工智能技術的概念

人工智能技術是計算機領域一種綜合性學科的技術結合，它是信息技術和機械技術的綜合產物，是數學，計算機科學，神經生理學甚至心理學等多個理論學科的融合。其技術實質是通過生物仿生模擬人工部分功能，使得機器人可以替代人類從事一些復雜性的工作，它對促進我國工業(yè)現(xiàn)代化進程具有極其重要的作用。

從二十世紀五十年代人工智能這一概念提出以來，人們對于人工智能的研究就不曾停歇，也成功應用到社會工業(yè)中的多個領域，取得了非常重要的成就，促進了人類生產生活的進步和提高，體現(xiàn)了該技術的應用價值。

與此同時，電氣自動化控制系統(tǒng)自身的發(fā)展需求使人工智能技術與其相結合的控制應用越來越廣泛，二者的技術融合逐步減少了人工消耗，極大地提高了設備系統(tǒng)的自動化程度和仿生精度，電氣自動化成為人工智能技術的主要應用場景之一。

1.2 人工智能技術的特點

人工智能技術方興未艾，已經在社會的各項生產生活中被廣泛應用。作為在各個行業(yè)運用中受到人們普遍歡迎的的技術之一，自然有其優(yōu)異的特點，其特點的多樣性體現(xiàn)如下：

1.2.1 增強了可靠性

人工智能技術是一種綜合性學科的技術結合，采用的都是相對成熟的互聯(lián)網、數字信息系統(tǒng)、大數據技術，這些先進技術的融合能夠有效的減少傳統(tǒng)設備的參與，使得各項操作系統(tǒng)之間的配合更加方便快捷。同時中間環(huán)節(jié)的減少讓操作更為簡便直觀，能夠有效的增強系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高操控的可靠性，保證企業(yè)工業(yè)生產的安全和效率。

1.2.2 提高了性價比

現(xiàn)如今，各種方式的人工智能技術被廣泛的應用在人們生產生活的方方面面，提高了工作效率，降低了生產成本，具有較高的社會價值。人工智能技術憑借著其技術先進性介入電氣自動化的發(fā)展，提高了產品質量和生產效率。而隨著對人工智能的研究深入，其應用推廣的成本也會越來越低，更進一步的降低電氣自動化的成本，在確保產品質量、生產技術的情況下提高了性價比。

1.2.3 完善了操作性

計算機技術是人工智能技術的學科基礎，因此，人工智能技術的應用首先還是依靠計算機技術。不論是人工智能的操作使用還是自動運行，都是需要通過計算機操作指令的方式來進行。有些是本身就有的分析和判斷能力,有些則必須通過互聯(lián)網傳輸設備進行操控，實現(xiàn)人工智能控制的精準運算和控制。另外目前人工智能發(fā)展出的邏輯分析技術，通過自身的信息量計算，隨時修正工作中的偏差，提高操作準確性。

2 電氣自動化控制系統(tǒng)中人工智能技術的應用

目前，在電氣自動化系統(tǒng)控制中，人工智能技術的使用范圍廣泛，參與度緊密，技術水平先進，功能實現(xiàn)豐富，體現(xiàn)出了其在電氣控制領域中的應用價值。本文從人工智能技術在電氣自動化設備、控制、日常操作、故障診斷和簡化控制流程等方面闡述其應用。

2.1 在電氣自動化設備中的應用

各種設備機器的設計過程是系統(tǒng)和復雜的，大多涉及到眾多的系統(tǒng)和領域。除了基礎的電子電路、電磁電氣知識，還需要豐富的經驗。相較于傳統(tǒng)實驗和手工操作，在電氣自動化設備的設計階段引入人工智能技術，借助計算機編寫程序輔助設計，使得設計更加優(yōu)化合理，實現(xiàn)智能化、自動化，確保穩(wěn)定性、可靠性，滿足了對于電氣設備高質量的設計要求，提高了工業(yè)生產效率和質量。

另一方面，在設備的運行中，人工智能技術也有著較深入的參與。電氣設備的自動化操作，減少了操作中的人為干預，替代了人工勞作的體力腦力勞動，有效減少因為人員操作原因導致的損失或安全事故。

2.2 在電氣自動化控制中的應用

提高系統(tǒng)運行效率是電氣自動化控制的重要目的，也是人工智能技術在這方面應用的主要作用。提高效率可以通過簡化工作流程，避免設備故障，提高電氣自動化水平，減少人為參與方式等實現(xiàn)，因此，控制程序是人工智能技術的關鍵。控制系統(tǒng)可以區(qū)別生產中的不同步驟，并據此發(fā)出相應的程序指令來實現(xiàn)人工智能控制。當前，較為普遍的控制方式有模糊控制、專家系統(tǒng)控制、神經網絡控制等。

（1）模糊控制是人工智能技術領域目前最為簡單的運用體系，它也是目前三種控制方法中采用最多的應用方式。所謂模糊控制，就是運用模糊語言變量、模糊推理等相關原理，輔助以一定的專家經驗，采用計算機信息與指令來構建傳輸反饋通道，控制被控制對象，實現(xiàn)整個電氣系統(tǒng)的控制過程。實際應用中，大多采用直流和交流傳動來實現(xiàn)該技術在電氣傳動中的作用。傳動控制應用主要使用的是Mamdani、Sugeno等軟件，其中Mamdani軟件是直流傳動控制，用來調速。Sugeno軟件則大多數情況下是被用于交流傳動，它是Mamdani軟件的一種例外，通過模糊控制器來實現(xiàn)人工智能技術的應用（見圖1）。

圖1 模糊控制系統(tǒng)功能

（2）專家系統(tǒng)控制，顧名思義，其理論基礎來自于專家，匯聚了大量的專家知識和經驗，以控制理論技術與專家系統(tǒng)理論相結合為手段，實現(xiàn)經驗模擬下的人工智能技術。它存儲了相關領域的專家知識，采用事先分析進行總結，最后根據不同的工作環(huán)境設定出某一種參數模式。在運行過程中系統(tǒng)要先處理得到的各種信息，然后通過存儲的豐富知識經驗推理，通過調整參數來適應不同的工作環(huán)境，繼而做出相應的推斷和決策。這種方法下得出的處理結果和專家分析的是基本一致的，也就是類似的起到了專家的作用，這種控制系統(tǒng)適應性好，靈活度高，可以有效提高運行的效率，極大地增強設備控制中的安全與穩(wěn)定系數。

（3）網路神經控制，它采用對人類大腦神經元的活動進行模擬，來建立的一種神經控制模型。在這個模型中，將電氣自動化設備的網絡神經模擬成人類大腦的神經元，參照神經元的控制方式實現(xiàn)電氣自動化設備的網絡神經建模，進而實現(xiàn)對其的控制。在電氣自動化的控制應用中，網絡神經控制技術參與的也越來越多，其應用前景和價值也是今后人工智能技術在電氣自動化控制中研究的方向之一。

2.3 在日常操作中的應用

電氣自動化日常操作中的首要職責是保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，避免設備因為操作不當或失誤出現(xiàn)問題或故障。電氣操作步驟繁多復雜，流程規(guī)范要求嚴格，傳統(tǒng)人工的操作復雜性的弊端使得電氣操作故障率高。人工智能技術能夠很大程度上簡化日常操作步驟和過程，提高控制的自動化智能化程度，避免上述問題的產生，增強系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。另外，人工智能還可以對日常操作數據進行記錄收集分析，為系統(tǒng)處理和改進簡化提供數據支撐。

2.4 在故障診斷中的應用

設備故障是電氣設備領域中必然存在的問題，故障診斷是電氣設備控制系統(tǒng)中重要的一環(huán)，自然的，如何減少故障率，出現(xiàn)故障時如何快速診斷及時修復也就成了人工智能技術與電氣自動化控制相結合的研究方向。傳統(tǒng)的電氣設備故障診斷過程和方法較為繁瑣復雜，需要花費時間較長，診斷準確率不高，尤其是一些構造結構復雜龐大的設備，不僅檢修難度增大，還容易發(fā)生一定的危險。而人工智能技術可以對設備的運行狀態(tài)、數據資料進行歸集整理，并通過掃描、分析、檢測以判斷發(fā)生故障的部位和類型，極大地提高故障檢出準確率，縮短故障維修時間，從而保障系統(tǒng)正常運行。此外，人工智能技術可以根據歷史經驗，對設備進行數據體檢，檢測故障征兆，實現(xiàn)在故障出現(xiàn)前對設備的維修保養(yǎng)，增加設備使用年限，減少設備磨損。

2.5 在簡化自動化控制流程中的應用

在電氣領域中，設備的自動化控制相比較來說是十分復雜的，其對于每個步驟的要求標準都比較高，如果有些環(huán)節(jié)不按標準流程操作，出現(xiàn)細小的疏忽紕漏，極有可能會造成或大或小的事故，甚至會出現(xiàn)安全事故。采用人工智能技術則可以將這種影響降到最低，借助計算機設備和技術，對電氣設備的使用、維護、狀態(tài)進行跟蹤，提前設計好各種問題故障的處理方法，盡量保障電氣自動化控制工作順利完成，簡化自動化控制的流程。

3 結語

社會發(fā)展的科技進步改變了人們的生產生活，而人工智能技術的出現(xiàn)和進步，更是加快了社會工業(yè)的現(xiàn)代化進程和創(chuàng)新變革。通過在電氣自動化控制中應用人工智能技術，改變傳統(tǒng)的電氣控制模式，不僅實現(xiàn)了系統(tǒng)運行效率和精度的提高和優(yōu)化，更反過來推動社會產業(yè)的發(fā)展和轉型，體現(xiàn)出人工智能技術的巨大應用價值。而隨著以后人工智能技術的進一步創(chuàng)新發(fā)展，筆者相信它在電氣自動化控制系統(tǒng)方面會具有愈加廣闊的應用前景，發(fā)揮更重要的作用。