智能化技術(shù)在電氣工程自動化控制中的應(yīng)用研究

李建林

（青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東 青島 266000）

引言

社會變革腳步加快，帶來了不同領(lǐng)域的改革與創(chuàng)新。在各個市場當(dāng)中，缺乏創(chuàng)新將會面臨被淘汰的危機(jī)。這幾年，電氣工程及自動化應(yīng)用成為一種新潮流，智能化技術(shù)已經(jīng)被引入到電氣工程生產(chǎn)的各個方面，極大地提升了電氣自動化生產(chǎn)效率與水平，為人們供電生產(chǎn)提供了安全保障。與此同時，合理引進(jìn)智能化技術(shù)，可以有效促進(jìn)不同企業(yè)的長遠(yuǎn)生產(chǎn)與發(fā)展，確保企業(yè)核心競爭力。因此，電氣工程單位應(yīng)該有效研發(fā)智能化技術(shù)手段，保證電氣工程與自動化技術(shù)的良好配合，促進(jìn)企業(yè)變革。

一、控制策略研究

（一）電氣設(shè)備狀態(tài)參數(shù)采集

電氣工程自動化控制原理是根據(jù)計(jì)算預(yù)期電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和實(shí)際運(yùn)行參數(shù)之間的偏差量，然后通過智能算法得出控制量，從而控制電氣設(shè)備運(yùn)行的一種方法?；诖耍滓h(huán)節(jié)就是采集電氣設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行參數(shù)。電氣設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行參數(shù)的采集一般通過各種傳感器來完成。傳感器是一種利用前端敏感元件獲取狀態(tài)量信息，然后按一定規(guī)律變換成為電信號，并進(jìn)行預(yù)處理，提高信號質(zhì)量，最后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出檢測值，完成狀態(tài)參數(shù)采集。

（二）控制量計(jì)算方法

基于上述環(huán)節(jié)采集到的電氣設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，本章節(jié)進(jìn)行關(guān)鍵的控制量計(jì)算。控制量計(jì)算方法目前主要有兩種：一種是PID 技術(shù)，另一種是模糊技術(shù)。下面對這兩種常用的技術(shù)進(jìn)行具體分析。

1.PID 技術(shù)

PID，由“比例、積分、微分”三個英文單詞的首字母而來，因此顧名思義，控制量通過這三部分運(yùn)算而得到，具體過程如下：步驟1：輸入給定值；步驟2：計(jì)算給定值和實(shí)際值之間的誤差。誤差差值的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

式中，F(xiàn)（t）為給定值和實(shí)際值之間的誤差；p（t）為給定的預(yù)期電氣設(shè)備狀態(tài)參數(shù)值；q（t）為利用傳感器檢測出來的電氣設(shè)備狀態(tài)參數(shù)實(shí)際值。步驟3：將誤差劃分為比例、積分、微分三部分。其中，“比例”的作用給誤差分配一定的比例關(guān)系。一旦控制系統(tǒng)出現(xiàn)偏差，這一部分就會馬上發(fā)揮作用，調(diào)節(jié)比例偏差。積分在其中發(fā)揮的作用是去除二者之間穩(wěn)定誤差，簡單說，通過不斷累積誤差來抵消電氣設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)穩(wěn)定誤差[4]。微分的作用則是反映電氣工程設(shè)備運(yùn)行過程中偏差出現(xiàn)的規(guī)律性。根據(jù)規(guī)律性，可以對未來出現(xiàn)的偏差進(jìn)行預(yù)測，以便提前進(jìn)行調(diào)節(jié)，加快系統(tǒng)反應(yīng)時間。步驟4：根據(jù)“比例、積分、微分”的運(yùn)算，得出控制量。運(yùn)算公式如下：

式中，y（t）為得出的控制量；kp 為比例系數(shù)；Ti 為積分時間常數(shù)；TD 為微分時間常數(shù)。步驟5：根據(jù)得出的控制量控制電氣設(shè)備運(yùn)行。

2.模糊技術(shù)

模糊技術(shù)是一種利用數(shù)學(xué)模糊理論來處理誤差量，以此得出控制量的一種方法。下面對模糊技術(shù)的具體過程進(jìn)行分析。步驟1：模糊化。模糊技術(shù)，從名稱上就可以看出所有過程都是以一種模糊的形式進(jìn)行，因此首先需要將給定值和實(shí)際值之間的誤差精確值轉(zhuǎn)化為模糊矢量。步驟2：知識庫。知識庫的作用是為后期模糊推理提供依據(jù)。在這里，主要包括數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫。前者起到存儲作用，后者編寫推理時用到的規(guī)則。步驟3：模糊推理。根據(jù)建立模糊規(guī)則，推理得到電氣設(shè)備的控制變量。步驟4：利用模糊規(guī)則推理得到數(shù)據(jù)自然也是模糊形式的，而在實(shí)際控制中，則要求精確控制數(shù)據(jù)值，因此在推理出模糊控制變量后，還需要將其轉(zhuǎn)換回精確值。以上這一過程被稱為去模糊化或者解模糊。去模糊化或者解模糊目前主要包括最大隸屬度法、加權(quán)平均法（重心法）、中位數(shù)法等三種。

二、分析當(dāng)前電氣工程自動化運(yùn)行現(xiàn)狀及不足

（一）電氣工程自動化發(fā)展情況

從過去到現(xiàn)在，電氣工程自動化不僅取得了一定的成績，同時電氣自動化在不同的領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了電力資源的有效整合與共享，保證了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，安全性，增強(qiáng)電力系統(tǒng)使用效率，促進(jìn)了資源的合理分配。可以說，電氣工程自動化系統(tǒng)，進(jìn)一步提升了電氣工程的合理性安排，保證電氣系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行。

（二）電氣工程自動化存在的不足

當(dāng)前，電力系統(tǒng)在我國各個領(lǐng)域當(dāng)中占據(jù)著重要的地位，因此國家與企業(yè)對自動化電氣工程高度重視，增加了投入，保證其穩(wěn)定運(yùn)行。然而，在實(shí)際運(yùn)行過程中，電氣工程仍然存在一定的問題。例如，由于電氣系統(tǒng)中涉及到的行業(yè)較多，但缺少標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一管理制度，加劇了行業(yè)管理困難，降低整體電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率，使工作量不斷增加。同時，電氣工程自動化機(jī)械化發(fā)展難以契合智能化的基本需求，無法促進(jìn)電氣行業(yè)的快速發(fā)展，雖然自動化程度已經(jīng)較高，但是仍然存在不規(guī)范的問題，嚴(yán)重影響其后續(xù)發(fā)展。

三、智能化技術(shù)在電氣工程自動化控制中的應(yīng)用

（一）設(shè)備運(yùn)用方面

新科技背景下，相關(guān)技術(shù)的成熟和運(yùn)用極大地推進(jìn)了機(jī)械化水平的提升，尤其是智能技術(shù)的快速發(fā)展，大批“機(jī)器人”進(jìn)入生產(chǎn)車間，使得企業(yè)節(jié)約了大量人工成本。與傳統(tǒng)工作人員相比，“機(jī)器人”不僅具有絕對聽從指揮和服從指令的特點(diǎn)，還具有高超的工作能力，因而在實(shí)際工作中會創(chuàng)造出比人更多、更大的工作價(jià)值，而且企業(yè)在使用機(jī)器人的過程中，只需要承擔(dān)購買、養(yǎng)護(hù)、維修等費(fèi)用，沒有其他額外支出，有利于控制成本和提升效益。由此可以看出，智能化技術(shù)的應(yīng)用對于推動社會生活與生產(chǎn)具有積極的促進(jìn)作用。在電氣工程工作領(lǐng)域中，其自動化設(shè)備存在技術(shù)缺陷和應(yīng)用不足現(xiàn)象，這不僅會造成一定的資金、技術(shù)浪費(fèi)，而且會影響整體工作效率，應(yīng)用智能化設(shè)備則可以改善和彌補(bǔ)這些不足。比如自動化生產(chǎn)能提升工作質(zhì)量和效率，但遇到特殊情況則會嚴(yán)重影響生產(chǎn)，甚至滋生危險(xiǎn)事件，結(jié)合實(shí)際情況合理使用智能化技術(shù)則能有效改善和優(yōu)化工作流程，在最大限度上降低工作難度和減少工作風(fēng)險(xiǎn)性，從而使日常生產(chǎn)變得更加安全、高效。

（二）控制管理方面

電氣工程的各項(xiàng)工作流程都必須要給予嚴(yán)格控制和管理，否則一旦出現(xiàn)體系漏洞或工作失誤，會對整體工程效果造成巨大影響。在智能化技術(shù)未取得突破性進(jìn)展時，電氣工程的各個工作環(huán)節(jié)基本上都由人工操作完成，故而會因工作人員素質(zhì)和能力參差不齊、工作時間和精力有限，致使把控水平難以穩(wěn)定，自動化控制效果不夠理想。因此，為減少人為操作失誤，降低工作壓力，要在電氣工程的各項(xiàng)工作中結(jié)合實(shí)際加強(qiáng)運(yùn)用智能化技術(shù)。比如傳統(tǒng)的電氣工程控制系統(tǒng)，其工作方法主要是依托自動化技術(shù)和工作人員的管理，整個系統(tǒng)中的某個對象進(jìn)行控制，但因缺乏統(tǒng)一性、工作人員能力不一、自動化技術(shù)不夠先進(jìn)等，使得控制系統(tǒng)功能的發(fā)揮受到極大限制；利用智能化技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電氣控制器，可構(gòu)建更加復(fù)雜和高效的控制模式，既能提升技術(shù)水平和管理邏輯能力，又降低了人為操作失誤所帶來的損失，有助于控制好各個設(shè)備的定時、計(jì)數(shù)和順序，從而保障電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

（三）智能技術(shù)應(yīng)用于電氣工程設(shè)計(jì)中

電氣工程的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)直接影響到后續(xù)的運(yùn)行，因此合理應(yīng)用自動化技術(shù)能夠保證電氣工程設(shè)計(jì)水平，轉(zhuǎn)向信息化方向發(fā)展。由于電氣設(shè)備設(shè)計(jì)復(fù)雜繁瑣，細(xì)節(jié)性較多，因此需要精準(zhǔn)測量與計(jì)算。但是過去電氣工程設(shè)計(jì)，主要依賴于人工操作進(jìn)行推算與計(jì)算，難免出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差，甚至威脅電氣工程的整體安全性，不利于后續(xù)工作的有序操作。引入智能技術(shù)到電信設(shè)計(jì)中，能夠充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢，通過錄入數(shù)據(jù)避免出現(xiàn)誤差，增強(qiáng)了設(shè)計(jì)方案的實(shí)用性，保證后續(xù)改進(jìn)方案操作簡單便捷，從而促進(jìn)電氣工程的開展。如圖1 所示。

（四）智能化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，電力系統(tǒng)中合理應(yīng)用自動化技術(shù)能夠有效解決一些細(xì)化的問題。眾所周知，智能技術(shù)已經(jīng)在電氣工程中占據(jù)較為關(guān)鍵的地位。但是，由于電氣系統(tǒng)自身相對復(fù)雜，要收集整理不同數(shù)據(jù)，同時應(yīng)該整合長時間運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)與工作模式，因此對電力系統(tǒng)的要求較高。一般技術(shù)難以滿足電氣工程的需要，而智能化技術(shù)作為一種新技術(shù)，可以滿足時代發(fā)展的基本需求，并與電力系統(tǒng)完美契合，一旦電力系統(tǒng)運(yùn)營中出現(xiàn)一些細(xì)節(jié)性問題，可以采取自動化技術(shù)進(jìn)行檢測有效解決。例如，一些電力設(shè)備出現(xiàn)設(shè)備故障，可以利用自動化技術(shù)查找故障的原因，及時采取合理的措施進(jìn)行補(bǔ)救與維修，以確保電力設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。反觀過去，風(fēng)電廠維修員都需要依靠自身的工作經(jīng)驗(yàn)以及專業(yè)知識查找相關(guān)故障原因，工作效率低，難以保證故障查找精準(zhǔn)性。因此，要充分發(fā)揮自動化技術(shù)的有利優(yōu)勢，快速找到設(shè)備的故障點(diǎn)以及檢測方案，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

結(jié)束語

目前我國不僅在經(jīng)濟(jì)方面有了新突破，在技術(shù)研究方面也取得了一定發(fā)展，各類先進(jìn)技術(shù)出現(xiàn)并得到了廣泛應(yīng)用，智能技術(shù)就是其中的一種。對于追求效率和精度的電氣工程自動化控制來說，智能化技術(shù)具有適宜性，能夠推動行業(yè)更快發(fā)展，具有較強(qiáng)影響力，是行業(yè)的福音。出于行業(yè)發(fā)展考慮，現(xiàn)階段應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)智能化技術(shù)的研究，以提升電氣自動化控制系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。