智能化背景下研究人工智能在電氣自動控制中的運用

朱 燕，張英光

（炎黃職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 淮安 223001）

隨著第三次科學(xué)技術(shù)革命的不斷推進，產(chǎn)品技術(shù)的更新?lián)Q代速度從原來的幾年一批已漸漸過渡到了現(xiàn)在的十幾個月可能就需要完成一次更新的情況。傳統(tǒng)的電氣自動控制技術(shù)已經(jīng)不能夠跟上當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的變更速度[1]。電氣自動化控制技術(shù)為了達到滿足工業(yè)建設(shè)的發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，近些年來大家都在尋找電氣自動控制技術(shù)新的應(yīng)用方式。人工智能技術(shù)作為近些年來的逐漸發(fā)展的新技術(shù)，普遍認為具有非常廣的應(yīng)用前景和潛力。人們通過將人工智能技術(shù)與電氣自動控制技術(shù)相互結(jié)合，成功的推動了電氣自動控制技術(shù)的進一步發(fā)展，不僅僅極大減少了生產(chǎn)建設(shè)對人和物質(zhì)的需求,提高了生產(chǎn)和制造的效率，也提高了電氣自動控制的準(zhǔn)確性讓制動控制技術(shù)更加高效和智能。

1 人工智能技術(shù)與電氣自動控制概述

人工智能（Artificial Intelligence），簡稱AI。人工智能是計算機學(xué)科的一個分支，它希望能夠探究人類智能的實質(zhì)，并企圖制造遇到問題能夠像人一樣思考并像人一樣做出反應(yīng)的機器，進而幫助人類處理各種復(fù)雜的問題。人工智能技術(shù)以計算機科學(xué)為核心，研究設(shè)計自然和人文等各個學(xué)科的理論技術(shù)。它主要研究包括機器人怎么運動及如何實現(xiàn)的問題、如何快速有效的進行語言及圖像的識別、專家系統(tǒng)等。人工智能技術(shù)于二十世紀(jì)五十年代被提出，一經(jīng)提出就得到科學(xué)界的極大關(guān)注。二十世紀(jì)七十年代以來被稱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），進入新世紀(jì)科學(xué)家們依然推崇它是與基因工程和納米科學(xué)并列的三大尖端科學(xué)技術(shù)之一[2]。通過最近幾十年的快速發(fā)展，人工智能技術(shù)已不在是一個單純的概念，它已經(jīng)在很多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了成功的應(yīng)用，理論和技術(shù)日益成熟。人工智能技術(shù)在未來的科技發(fā)展過程中將成為推進我國生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的強力引擎。

電氣自動控制涉及的領(lǐng)域非常的廣泛，研究的內(nèi)容也五花八門。電氣自動控制是研究和電氣工程系統(tǒng)運行有關(guān)的規(guī)律和特點、探索如何實現(xiàn)對系統(tǒng)各個部分自動的控制、優(yōu)化進行設(shè)備設(shè)計所需的電力電子技術(shù)以及通過計算機程序?qū)崿F(xiàn)精確控制的技術(shù)。上個世紀(jì)的電氣自動化控制由于剛剛起步，多多少少存在一些這樣或者那樣的問題。隨著科研工作者不斷的攻堅克難，電氣自動控制技術(shù)部分缺陷得到了修補及改進，但還是有一些問題始終困擾著人們無法解決。通過將人工智能技術(shù)與電氣自動控制相結(jié)合，不僅僅可以解決那些尚存在的問題，也能進一步擴展電氣自動控制技術(shù)的應(yīng)用范圍，讓電氣自動控制技術(shù)再向前邁進一步。例如：在進行工業(yè)生產(chǎn)過程中，有一些活動對于人體具有較大的危害，運用人工智能領(lǐng)域的相應(yīng)技術(shù)能夠減少工業(yè)生產(chǎn)對人體的傷害，最大程度的達到生產(chǎn)與生活之間的平衡。電氣自動控制接合人工智能能夠?qū)⑷藦牟槐匾膭趧又薪夥懦鰜?，實現(xiàn)計算機智能化；解放出來的人可以將精力投入到其人工智能目前還不能涉及的工作中，這樣能夠最大限度的發(fā)揮人和人工智能的作用，極大的提高工作的效率[3]。

2 人工智能技術(shù)在電氣自動化控制中應(yīng)用的優(yōu)勢

人工智能技術(shù)依靠編寫好的計算機程序執(zhí)行操作，對計算機進行有效控制。運用人工智能技術(shù)能夠進一步實現(xiàn)電氣自動化控制，優(yōu)化生產(chǎn)和流動的過程，進一步推進電氣自動化的發(fā)展進程。與傳統(tǒng)的人工控制相比，運用人工智能技術(shù)具有以下的幾個顯著優(yōu)點。

2.1 減少生產(chǎn)和制造的成本

傳統(tǒng)的電氣自動控制在電氣設(shè)備的制造優(yōu)化、電氣控制的操作執(zhí)行、故障的診斷等各個環(huán)節(jié)都需要人的參與。并不是每一個參與電氣控制的人都具有專家般的經(jīng)驗，在生產(chǎn)的過程中難免因為錯誤操作造成資源的浪費。運用人工智能技術(shù)大家首先察覺到的就是能夠在一定程度上將人從電氣控制的各個環(huán)節(jié)中解放出來，利用計算機和機器人來代替人來進行危險的體力勞動。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)展開機器的自主學(xué)習(xí)，像人一樣自己收集和采集數(shù)據(jù)，并且利用專家系統(tǒng)可以利用最先進專家的經(jīng)驗處理數(shù)據(jù)，提高了效率，所以降低了生產(chǎn)制造的成本。

2.2 穩(wěn)定性好

傳統(tǒng)的電氣自動控制系統(tǒng)對操作人員具有很高的依賴性，系統(tǒng)運行的效果很大程度上取決于操作人員的經(jīng)驗和知識水平。電力系統(tǒng)的故障也有很多是因為操作人員的錯誤操作造成的。而人工智能技術(shù)通過計算機程序執(zhí)行操作，不會因為外界環(huán)境的變化和其他各種原因發(fā)生變動。人工智能系統(tǒng)能夠完成實時的數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析，且能夠根據(jù)專家系統(tǒng)自動的進行反饋調(diào)節(jié)，整個過程基本上免去了人的操作。依據(jù)嚴(yán)謹?shù)挠嬎銠C程序能夠免去人為因素的干擾，減少系統(tǒng)運行過程中存在的誤差，將操作維持在較高的水平。

2.3 適用范圍廣

傳統(tǒng)的電氣自動控制系統(tǒng)主要對系統(tǒng)的某一個單位進行控制，并與該單位進行信息的交互。這種控制方法能夠簡單、高效的對控制單位進行控制，但是整個系統(tǒng)之間缺少必要的信息交流，在其他單位發(fā)生變化后，需要迅速處理時，不能夠快速地執(zhí)行相應(yīng)的操作。人工智能技術(shù)能夠幫助控制系統(tǒng)搭建一個面向所有單位的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，對系統(tǒng)進行全方位的掌控。當(dāng)某一個單位發(fā)生改變之后，可以快速的將變化傳輸給系統(tǒng)內(nèi)其他單位，系統(tǒng)就能夠通過對比人工智能技術(shù)提供的數(shù)據(jù)，選擇當(dāng)前最合理的操作，以保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性。

2.4 一致性好

人工智能技術(shù)必須通過一系列事先編寫完成的計算機算法程序為媒介才能夠發(fā)揮作用，計算機算法程序編寫完成后不進行人為的改動是不會發(fā)生變化的，在生產(chǎn)電器產(chǎn)品時只需重復(fù)的執(zhí)行生產(chǎn)程序，因此，保證了產(chǎn)品的規(guī)范化和性能的一致性。另外，程序按照規(guī)范的用法編寫，在后續(xù)擴展中可以非常方便的兼容新數(shù)據(jù)和新信息，非常方便使用?？偠灾斯ぶ悄馨l(fā)展的潛力是巨大的，通過利用人工智能技術(shù)可以幫助實現(xiàn)電氣自動控制系統(tǒng)智能化水平的一次飛躍，提高系統(tǒng)的工作效率，將帶動生產(chǎn)技術(shù)的又一次變革。

3 人工智能在電氣自動控制中的應(yīng)用方式

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展及其在其他領(lǐng)域內(nèi)成功案例的不斷出現(xiàn)，越來越多的電子自動控制科研人員開始借助人工智能在電氣自動控制領(lǐng)域內(nèi)展開研究。通過科研人員堅持不懈的努力，已經(jīng)取得了一些有目共睹的成果。人工智能在電氣自動控制領(lǐng)域內(nèi)常用的方法主要包括計算機神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和遺傳算法等。

3.1 在電氣優(yōu)化設(shè)計過程中的應(yīng)用

電氣類設(shè)備的設(shè)計工作是一個及其復(fù)雜的過程，需要很多具有很長生產(chǎn)和制造經(jīng)驗的資深工程師耗費大量的時間和物資才能夠完成。依照傳統(tǒng)的設(shè)計方法，就算是從事設(shè)計工作幾十年的工程師也不能說自己一定可以設(shè)計出各項性能都達到頂尖水平的產(chǎn)品。但在當(dāng)前智能化的大背景下，眾多的資深電氣類設(shè)備設(shè)計工程師將自己經(jīng)驗接合科學(xué)的設(shè)計理念編寫成軟件，利用計算機快速計算的能力，通過計算機輔助設(shè)計和CAD技術(shù)軟件為研發(fā)人員提供了數(shù)據(jù)和信息支撐，能夠非常便利的開展設(shè)計和試驗工作。計算機設(shè)計技術(shù)運用可以幫助經(jīng)驗不豐富的工程師更快的走向設(shè)計工作，減少由于經(jīng)驗不夠造成的物質(zhì)和時間損失。

設(shè)計實際上就是一個不斷修正錯誤，在錯誤中不斷前進尋求最優(yōu)解的過程。人工智能領(lǐng)域的遺傳算法（Genetic Algorithm）就是使用的這種思想，遺傳算法就是模擬大自然中生物計劃的規(guī)律，模擬自然選擇過程來搜素最優(yōu)解的算法。將遺傳算法應(yīng)用于設(shè)計和優(yōu)化過程中，是非常合適的。運用人工智能技術(shù)，能幫助工程師快速的尋找當(dāng)前方向下最優(yōu)的設(shè)計和優(yōu)化方案，進一步實現(xiàn)電器類設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提高。

3.2 在排除故障中的應(yīng)用

電氣設(shè)備的故障不僅會帶來生產(chǎn)暫停造成成本的提高，甚至?xí)斐芍卮蟮奈ｋU事故的發(fā)生，使人民群眾的財產(chǎn)和生命健康受到威脅。故障的發(fā)生原因是千差萬別，不發(fā)生故障的電氣設(shè)備也是不存在的。在電氣設(shè)備使用過程中，首要的工作是以最快的時間找到故障，并且解決問題，及時保證人民群眾的財產(chǎn)和生命健康安全，防止造成更大的損失。電氣設(shè)備隨著工業(yè)發(fā)展的要求，其復(fù)雜程度與日俱增。傳統(tǒng)的故障診斷和排除方法已經(jīng)不適合今天的電氣設(shè)備。將人工智能技術(shù)應(yīng)用于電氣設(shè)備自動控制的故障排查環(huán)節(jié)，可以完成對整個控制環(huán)節(jié)全方位，長時間的檢測。一旦發(fā)現(xiàn)有關(guān)的指數(shù)存在劇烈的不正常變化，可以立即發(fā)出警備，引導(dǎo)相關(guān)技術(shù)人員來進行檢修。在發(fā)出警報的同時，隔離設(shè)備，將設(shè)備停止運行。在技術(shù)人員到來后，能夠及時的給出故障存在的位置和解決該故障的方法，知道故障所在位置和解決方法能減少排除故障所需的時間，提高故障的修復(fù)效率，避免造成損失。

在電氣設(shè)備的故障診斷環(huán)節(jié)中得到很好應(yīng)用的是專家系統(tǒng)（Expert system）,專家系統(tǒng)實際上頂尖專家知識和經(jīng)驗的集合程序[4]。通過將專家寶貴的知識經(jīng)驗編寫成程序為每個工程項目提供技術(shù)支持，能夠減少進行故障診斷和排除所需的時間，可以快速的找到問題所在，具有非常高效率。

3.3 在電氣控制中的應(yīng)用

電氣控制在電氣自動控制系統(tǒng)中是非常重要的一部分。以往的電氣控制由人進行操作，操作的人員在進行操作時需要非常小心，也需要能夠根據(jù)經(jīng)驗合理地進行操作。很多事故都是因為人在操作的過程中對于繁瑣的操作過程不夠熟練和小心、自己對于當(dāng)前問題進行錯誤的判斷并按照錯誤的判斷實施了相應(yīng)的操作造成的。不犯錯誤的人是不存在，只要電氣控制過程還是由人來進行全部的操作，那么事故是不可能完全不發(fā)生的。而人工智能技術(shù)則不存在上面提到的問題，人工智能通過計算機編程將操作的過程編寫成程序，計算機就會完全的按照程序來運行。不管操作過程多么繁瑣，程序都能夠準(zhǔn)確的執(zhí)行。

人工智能技術(shù)能夠很大程度的提高電氣控制的效率和準(zhǔn)確性。與人腦記憶的易忘性和有容量性限制不同，人工智能技術(shù)依托于計算機可以無限制對數(shù)據(jù)進行采集，通過比對采集數(shù)據(jù)和當(dāng)前儀器顯示的數(shù)據(jù)能夠根據(jù)專家系統(tǒng)提供的經(jīng)驗進行當(dāng)前最合適的操作，避免因為操作人員的操作不規(guī)范造成的后續(xù)問題。綜上所述，通過在電氣控制過程運用人工智能技術(shù)能夠?qū)⑷藦姆爆嵉牟僮髦薪夥懦鰜?，利用程序提高電氣自動控制的操作速度；利用專家系統(tǒng)能夠在進行決斷時，利用先進的專家經(jīng)驗進行最有價值、最科學(xué)的決策，提高電氣控制的效率。

4 結(jié)語

電氣工程作為社會生產(chǎn)活動的基礎(chǔ)，其效率的高低對整個社會的發(fā)展都具有重要的影響。將人工智能技術(shù)運用到電氣自動控制不僅僅能夠提高其工作的質(zhì)量和效率，也能讓人類寶貴的知識和經(jīng)驗發(fā)揮出更大的作用。這樣做可以讓我國電力生產(chǎn)的技術(shù)水平再向前邁進一步，逐漸縮小我們與發(fā)達國家在電氣自動控制系統(tǒng)方面的差距。當(dāng)然，人工智能技術(shù)應(yīng)用于電氣自動控制系統(tǒng)還處于起步階段，還是存在一些問題，需要不斷地通過實踐來改進和優(yōu)化這些問題。相信在未來，人工智能技術(shù)將在電氣自動控制系統(tǒng)中發(fā)揮舉足輕重的作用。