信息化背景下人工智能技術(shù)在電氣自動化控制中的應(yīng)用

羅建 劉紅

引言

進入信息時代之后，計算機相關(guān)技術(shù)在各行各業(yè)中的應(yīng)用都讓生產(chǎn)力得到了前所未有的提升，在很大程度上推動了經(jīng)濟的發(fā)展，改善了人們的生活。尤其在我國工業(yè)化水平越來越高的當(dāng)下，電氣自動化技術(shù)和人工智能技術(shù)的結(jié)合，已經(jīng)深刻改變了產(chǎn)業(yè)生態(tài)，大幅提高了生產(chǎn)效率。電氣自動化生活領(lǐng)域中的工作人員一定要有充分的認(rèn)識，順應(yīng)時代的發(fā)展，讓人工智能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生充分的融合。

一、人工智能技術(shù)及在電氣自動化中的常見應(yīng)用

人工智能技術(shù)主要是通過模擬、延伸和擴展人的智能理論、經(jīng)驗和方法來加以應(yīng)用的一門技術(shù)。作為計算機科學(xué)的一門分支，人工智能技術(shù)在機器人、圖像識別、語音識別等多個領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用[1]。經(jīng)過近幾十年的實踐和探索，人工智能技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，而且和人們的日常生活聯(lián)系越來越緊密。這一技術(shù)主要是對人的思想和意識進行模擬，讓計算機也可以像人一樣進行推斷和思考。如果這一技術(shù)在機械設(shè)備中得到應(yīng)用，能夠更好地節(jié)省資源，節(jié)省人力資源成本。同時，在一些危險環(huán)境中，更多地應(yīng)用人工智能技術(shù)就等于更大幅度減少人員的安全風(fēng)險。舉例來說，電氣設(shè)備通過與人工智能技術(shù)進行融合，在地震救援、礦難救援反恐救援等方面都發(fā)揮著重要作用。使用具有圖像識別能力的機器人可以在地震廢墟中對幸存人員進行施救，在提高了救援效率的同時，也極大減少了救援人員的安全風(fēng)險。

人工智能技術(shù)在電氣自動化控制中的應(yīng)用很少受到客觀因素的影響，因為機械設(shè)備對環(huán)境的適應(yīng)性更強，和人類相比，具有更強的抗干擾、抗輻射能力，而且精細(xì)的機械化運作也能夠極大地減少誤差，提高效率，節(jié)約成本。另外，由于電氣自動化系統(tǒng)在運行過程中會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，通過人工智能技術(shù)的快速收集和分析，能夠讓工作人員的工作量大幅減少，同時更為準(zhǔn)確地了解系統(tǒng)的運行狀態(tài)。一種比較初級的人工智能自動化應(yīng)用就是自動警報功能。當(dāng)機械設(shè)備在運行過程中遇到故障等問題時，就可以通過自動警報系統(tǒng)發(fā)出提醒。然而在工業(yè)和機械水平越來越高的情況下，越來越多復(fù)雜的、精密的機械設(shè)備在生產(chǎn)中得到了應(yīng)用。

二、人工智能技術(shù)在電氣自動化應(yīng)用中的優(yōu)勢

（一）節(jié)約人力成本

上文已經(jīng)簡單提及人工智能技術(shù)在電機自動化應(yīng)用的一些優(yōu)勢，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，這些優(yōu)勢得到進一步放大，其中最凸顯的優(yōu)勢就是能夠大幅節(jié)約人力成本。傳統(tǒng)的電氣自動化控制系統(tǒng)中，要想讓整個系統(tǒng)能夠良好運行，需要指定不同的技術(shù)人員，對整個系統(tǒng)的不同模塊或者子系統(tǒng)進行管理。一旦系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)故障，需要指定的人員進行上報，再由專業(yè)人員對故障進行排除。這種對故障的響應(yīng)模式效率較低，不光需要大量的人力支持，還會降低生產(chǎn)效率。在引入了人工智能技術(shù)之后，通過系統(tǒng)對機械設(shè)備的故障進行精確診斷，快速響應(yīng)，讓專業(yè)人員在第一時間收到反饋，以更快的速度排除故障，從而實現(xiàn)企業(yè)的人工成本大幅降低[2]。

（二）減少人為誤差

不可否認(rèn)的是，很多情況下，人為操作的誤差要遠(yuǎn)高于人工智能。也正是出于這種原因，人工智能在電氣自動化控制中的應(yīng)用越來越廣泛和深入。通過人工智能可以實現(xiàn)對設(shè)備更為精確的控制，讓設(shè)備能夠按照預(yù)先設(shè)定好的程序來運轉(zhuǎn)，減少人為參與，從而實現(xiàn)限制誤差。尤其對于一些規(guī)模比較大的電氣系統(tǒng)來說，其在運轉(zhuǎn)的過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，在很多環(huán)節(jié)都需要進行人工操作。人工操作一旦產(chǎn)生誤差，誤差很有可能在系統(tǒng)內(nèi)傳播、放大，引發(fā)系統(tǒng)故障。而人工智能技術(shù)的引入就比較好地解決此類問題，在系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)產(chǎn)生的同時，通過人工智能對數(shù)據(jù)進行檢測，能夠在數(shù)據(jù)錯誤發(fā)生的第一時間進行糾錯，發(fā)出警報，避免錯誤進一步放大而引發(fā)更為嚴(yán)重的后果。

（三）對控制對象模型的依賴性較低

電氣設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，一些功能強大的系統(tǒng)內(nèi)部不可控的因素更多，比如參數(shù)變化等。在使用傳統(tǒng)的制器對這些因素進行控制時，在控制過程中得到精確的控制方程，而且傳統(tǒng)的控制器是根據(jù)實際的控制對象來設(shè)計模型的，一旦控制對象發(fā)生變化，模型將不再適用，這就是導(dǎo)致控制效率低下的根本原因。如果重新設(shè)計模型，不光需要耗費更多的時間，還不能保證設(shè)計出來的模型誤差控制在可接受的范圍內(nèi)，而使用人工智能技術(shù)就能夠很好解決這一問題。這一技術(shù)的應(yīng)用不需要針對控制對象進行模型設(shè)計，而是通過人工智能根據(jù)系統(tǒng)的實際情況作出自行判斷，這樣不僅節(jié)省了模型設(shè)計的成本，還降低了對控制對象模型的依賴，讓電氣自動化控制的效率得到提升。

（四）一致性更高

電氣自動化控制是按照特定的程序來進行重復(fù)運行的，也正是這一特點，才能夠保證產(chǎn)品的規(guī)范化，突出產(chǎn)品性能的一致性。這種一致性還體現(xiàn)在針對系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)的擾動上，通過對這些變量因素進行控制，實現(xiàn)整個系統(tǒng)一致性的提升。不僅如此，在數(shù)據(jù)一致性上，人工智能技術(shù)的優(yōu)勢也非常突出。因為在電氣自動化系統(tǒng)中，無論是現(xiàn)有的數(shù)據(jù)還是未來會新增的數(shù)據(jù)，都不可避免地需要進行修改，而使用人工智能技術(shù)就能夠提升對數(shù)據(jù)操作的效率，讓數(shù)據(jù)在存儲和傳輸?shù)倪^程中保持高度一致。

三、人工智能技術(shù)在電氣自動化控制中的應(yīng)用

（一）人工智能技術(shù)在直流傳動中的應(yīng)用

人工智能技術(shù)在直流傳動中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在模糊邏輯控制和ANNS應(yīng)用兩方面。

Mamdani 和 Sugeno 型是主要的兩類模糊控制器。而在這兩種類型中，Mamdani模糊控制器的應(yīng)用更加廣泛。這兩種控制器都有一個if-then控制模糊規(guī)則庫，當(dāng)其中的變量x是A時，則y=B，在這種情況下，Z=f（x，y）是 Sugeno型控制器的典型規(guī)則。Mamdani控制器主要由四個部分組成：輸入變量、數(shù)據(jù)庫和語言控制規(guī)則庫、推理機和量化和反模糊化模塊。

ANNS（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）應(yīng)用在近些年也得到了快速發(fā)展。由于其自身獨特的數(shù)學(xué)特性，使其在電氣傳動控制中應(yīng)用廣泛。對客觀環(huán)境適應(yīng)能力較強，是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在傳動控制中應(yīng)用的一大優(yōu)勢。另外，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的是并行結(jié)構(gòu)，在多傳感器數(shù)據(jù)輸入的情況下，也能進行很好的處理。比如，在對機械設(shè)備的故障進行診斷的過程中，通過并行數(shù)據(jù)分析，可以讓診斷的準(zhǔn)確性大幅提升。

（二）人工智能在交流傳動中的應(yīng)用

人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在交流傳動中的應(yīng)用也非常充分，而且借助常規(guī)反向傳播算法，在電機控制中提升了效率。這一方法的應(yīng)用依據(jù)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩和初始轉(zhuǎn)速，在這兩項都達(dá)到應(yīng)用要求的情況下，能夠非常準(zhǔn)確地確定傳動速度。不過在應(yīng)用的過程中，需要讓人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對三維圖形映射進行重復(fù)學(xué)習(xí)，將人工智能的這一能力強化。和傳統(tǒng)算法相比，這種將人工智能技術(shù)和傳動技術(shù)結(jié)合在一起的系統(tǒng)更為高效，無論是定位還是測量都更加準(zhǔn)確，大幅節(jié)約時間成本。通常情況下，這種系統(tǒng)有兩個部分組成：辨識電氣動態(tài)參數(shù)系統(tǒng)和辨識機電參數(shù)系統(tǒng)。前者用來對交流電進行控制，后者用來對速度進行控制。

（三）故障診斷

在工業(yè)化和信息化的當(dāng)下，用于生產(chǎn)的任何一種系統(tǒng)都不可避免會出現(xiàn)故障，電氣自動化系統(tǒng)也是如此。在人工智能技術(shù)應(yīng)用不充分的過去，要想對系統(tǒng)內(nèi)部的故障做出診斷，需要人工支持。而專業(yè)技術(shù)人員在對故障進行診斷的過程中，由于自身水平的差異，以及工作效率等各種因素的影響，會讓故障診斷的結(jié)果變得更加不可控[3]。而在應(yīng)用了人工智能技術(shù)之后，通過計算機的快速響應(yīng)，能夠在故障發(fā)生的第一時間通知相關(guān)人員，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序?qū)收显蜻M行判斷，并利用反饋功能和技術(shù)人員進行及時交互，極大地提升了故障診斷的準(zhǔn)確性和故障排除工作的效率。以變壓器為例，傳統(tǒng)的故障診斷方式是對變壓器進行拆解，然后對內(nèi)部的元件進行檢測，進而確定故障原因。這種模式耗費時間較長，而且由于過度依賴人工，誤差也難以得到準(zhǔn)確控制。最為關(guān)鍵的是，有可能給一線技術(shù)人員造成一定的安全風(fēng)險，使用人工智能技術(shù)就將這一問題很好地解決[4]。

四、深化人工智能技術(shù)在電氣自動化控制中應(yīng)用的建議

（一）充分了解人工智能技術(shù)在電氣自動化控制中的前沿應(yīng)用

人工智能技術(shù)在電氣自動化控制中的應(yīng)用已經(jīng)是不可逆轉(zhuǎn)的形勢，企業(yè)要想在未來的市場競爭中更具競爭力，引入人工智能技術(shù)是必要條件。作為企業(yè)的管理人員，一定要有長遠(yuǎn)發(fā)展的眼光，看清行業(yè)發(fā)展的方向，結(jié)合企業(yè)發(fā)展的實際情況，對人工智能技術(shù)進行了解。只有充分了解人工智能技術(shù)的優(yōu)勢，才能夠意識到企業(yè)內(nèi)部在電氣自動化控制中的不足，引入人工智能補強短板。另外，還要及時和業(yè)內(nèi)其他企業(yè)進行充分溝通，及時了解業(yè)內(nèi)動態(tài)，以及其他企業(yè)在人工智能前沿應(yīng)用上的實踐[5]。

（二）為人工智能技術(shù)的深化應(yīng)用創(chuàng)造條件

對于一些規(guī)模較小的企業(yè)來說，由于生產(chǎn)規(guī)模較小，生產(chǎn)流程相對簡單，用人工智能技術(shù)含量更高的設(shè)備來對現(xiàn)有的設(shè)備進行替換難度較低。而對于一些規(guī)模較大的企業(yè)來說，要想提升整個電氣自動化系統(tǒng)的人工智能技術(shù)水平，牽扯到的事項較多。要是想提升電氣自動化控制的人工智能水平，提升總體效率，就一定要結(jié)合未來的發(fā)展需要，對現(xiàn)有的一些設(shè)備進行及時更換。另外，隨著更多業(yè)務(wù)的開展，一定要充分考慮到人工智能技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境，在布局電氣系統(tǒng)的初期，就為人工智能技術(shù)的應(yīng)用預(yù)留足夠的空間，這樣不僅能夠提升整個系統(tǒng)的人工智能水平，還能夠為后期的系統(tǒng)調(diào)整創(chuàng)造條件[6]。

（三）對電氣自動化控制流程進行簡化

上文已經(jīng)提到，傳統(tǒng)的電氣自動化控制流程相對復(fù)雜，高度依賴人工，無論是正常運轉(zhuǎn)還是故障排除，效率都比較低。要想借助人工智能技術(shù)對整個系統(tǒng)的效率進行優(yōu)化，必須要對自動化控制流程進行精簡。比如，在經(jīng)過專業(yè)分析之后，讓技術(shù)人員負(fù)責(zé)整合相應(yīng)環(huán)節(jié)，讓該人員在傳統(tǒng)的模式中負(fù)責(zé)的相對分散的功能節(jié)點由人工智能進行統(tǒng)一管理，這樣不僅實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的精簡，還能夠在整體上提升系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)效率。不過需要注意的是，在對系統(tǒng)進行精簡之前，一定要妥善保存系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，以免精簡之后數(shù)據(jù)丟失。除此之外，在對系統(tǒng)進行精簡之后，一些內(nèi)部功能可以通過人工智能技術(shù)進行遠(yuǎn)程操控，這種流程和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化對于提升效率也是非常重要的。

結(jié)束語

人工智能對社會的影響越來越深入，越來越廣泛，由于其強大的作用，以及在提升生產(chǎn)效率方面不可取代的地位，正在逐漸深入地推動各行各業(yè)發(fā)生改變，同時，人工智能技術(shù)的應(yīng)用還使得生產(chǎn)成本大幅度降低，推動了整個行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展，也為自動化控制與其他行業(yè)的深入融合創(chuàng)造了更好的條件。業(yè)內(nèi)人士一定要認(rèn)識到人工智能技術(shù)對行業(yè)發(fā)展的重要意義，不斷提升電氣自動化控制中人工智能技術(shù)的應(yīng)用水平。和電氣自動化控制相關(guān)的企業(yè)管理人員也要有充分的認(rèn)知，要敢于嘗試，通過對企業(yè)內(nèi)部自動化控制系統(tǒng)的調(diào)整和升級來為人工智能技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造空間，為企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展保駕護航。本文針對信息化北京下人工智能技術(shù)在電氣自動化控制中的應(yīng)用進行探討，總結(jié)了幾點應(yīng)用優(yōu)勢，列舉了幾種實際應(yīng)用，望有關(guān)人員能夠積極參考，并結(jié)合業(yè)內(nèi)的實際情況，進一步推動人工智能在自動化控制中的應(yīng)用，為整個行業(yè)的發(fā)展貢獻力量。