人工智能在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用分析

李軍合，李曉燕

（阿克蘇地區(qū)中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，新疆 阿克蘇 843000）

早在1956 年，學(xué)術(shù)領(lǐng)域就有人提出了人工智能這一概念，并將其作為一門(mén)學(xué)科進(jìn)行研究。相較傳統(tǒng)技術(shù)，人工智能屬于一種新興產(chǎn)物，其主要研究?jī)?nèi)容就是對(duì)人的智能進(jìn)行模擬與延伸。人工智能的出現(xiàn)改變了人們的思維與生活生產(chǎn)方式。隨著人工智能的發(fā)展，現(xiàn)階段在社會(huì)各領(lǐng)域已經(jīng)得到了普及與推廣，對(duì)于改善人們的生活與工作條件而言有著非常重大的影響。在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，人工智能具有很高的應(yīng)用價(jià)值。依托人工智能，可以提高自動(dòng)化控制效率，改善控制效果，從而為推動(dòng)行業(yè)發(fā)展提供有力的支持。鑒于此，本文圍繞人工智能在自動(dòng)化控制中的應(yīng)用進(jìn)行探索與研究。

1 人工智能概述

作文一門(mén)新興學(xué)科，人工智能兼具自然屬性與社會(huì)屬性。人工智能即AI 是一種根據(jù)人腦智慧地研究，將人類(lèi)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)整合應(yīng)用到相應(yīng)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)，歸類(lèi)為計(jì)算機(jī)研究的一門(mén)技術(shù)，可以簡(jiǎn)單地理解為將人類(lèi)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)教給機(jī)器，讓機(jī)器通過(guò)感知、思索來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)、再現(xiàn)甚至補(bǔ)充當(dāng)前人類(lèi)知識(shí)所欠缺的部分。人工智能最初的模樣是以計(jì)算機(jī)的形式存在，后來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能逐漸有了較為明確的發(fā)展方向，主要分為幾個(gè)方面：（1）科學(xué)研究方面的計(jì)算，比如，我國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)的發(fā)明與實(shí)現(xiàn)以及各種太空衛(wèi)星的應(yīng)用；（2）服務(wù)性研究的機(jī)器人，例如，當(dāng)前正被廣泛關(guān)注的家政型服務(wù)機(jī)器人和智能管家等；（3）問(wèn)題模型的建立，例如，我國(guó)“嫦娥三號(hào)”的發(fā)射模擬以及各種情況的演算推理等；（4）算法的列舉，例如，計(jì)算機(jī)與國(guó)際棋手下棋時(shí)對(duì)步數(shù)的演算，以及在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中對(duì)方案的列舉等；（5）程序的優(yōu)化與讀取，例如，港口自動(dòng)運(yùn)貨的貨車(chē)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)際情況安排合適的線路進(jìn)行卸貨，還有航空運(yùn)輸中的控制臺(tái)對(duì)航空交通狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)管以及交通管制；（6）語(yǔ)言的處理，比如，我們常用的智能翻譯，包括文字翻譯、語(yǔ)音翻譯，能夠?qū)崿F(xiàn)幾乎實(shí)時(shí)地翻譯；（7）智能檢索，例如，我們身邊乘坐飛機(jī)、火車(chē)、地鐵都會(huì)有的安檢機(jī)，提高安全檢查的效率；（8）對(duì)固定指令的重復(fù)執(zhí)行，例如，生產(chǎn)流水線上的各種器具，通過(guò)對(duì)單一指令進(jìn)行反復(fù)地不間斷地執(zhí)行，將工作人員從單調(diào)乏味的工作中解放，提高生產(chǎn)效益；（9）機(jī)器視覺(jué)，比如，利用人類(lèi)視覺(jué)的啟發(fā)，在機(jī)器人的視覺(jué)中運(yùn)用的高能技術(shù)等；（10）生物醫(yī)學(xué)以及人工生命的研究，比如，由于器官衰竭病變導(dǎo)致的器官移植從而催生的人體生命科學(xué)的研究，人工心肺等都是實(shí)際的例子。

人工智能涉及的學(xué)科知識(shí)非常廣泛，例如，信息學(xué)、數(shù)學(xué)、哲學(xué)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等。在人工智能知識(shí)體系中，很多知識(shí)內(nèi)容具有較強(qiáng)的理論性，并且隨著人工智能的研究持續(xù)推進(jìn)，其覆蓋的學(xué)科范圍也將不斷擴(kuò)大，在自然語(yǔ)言處理、智能搜索、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳編程等領(lǐng)域都有所涉及。就本質(zhì)來(lái)講，人工智能就是在處理信息時(shí)對(duì)人的思維進(jìn)行模擬。而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的途徑主要分為兩類(lèi)：第一種為結(jié)構(gòu)模擬，即對(duì)人的大腦進(jìn)行模擬并開(kāi)發(fā)智能化的機(jī)器設(shè)備；第二種則是功能模擬，即對(duì)人腦的思維方式與功能進(jìn)行模擬。

目前，在社會(huì)各領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及程度已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，在計(jì)算機(jī)編程領(lǐng)域，電子自動(dòng)化控制也有著優(yōu)異的表現(xiàn)。而人工智能的功能模擬引入計(jì)算機(jī)中，可以幫助計(jì)算機(jī)采用人腦思維的方式來(lái)處理信息。眾所周知，人腦的精密度非常高，人的智能是遠(yuǎn)勝于人工智能的，后者僅僅屬于機(jī)器思維，并且局限于對(duì)人腦的模仿。因此，就思維層面而言，人類(lèi)與機(jī)器是有著本質(zhì)區(qū)別的，人工智能并不具有自主意識(shí)的功能。

2 電氣自動(dòng)化控制現(xiàn)狀

作為一門(mén)提高工業(yè)生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)技術(shù)，電氣自動(dòng)化技術(shù)是與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、電子工藝技術(shù)相結(jié)合的一門(mén)全新的工藝，它與現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)制造息息相關(guān)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及軍事領(lǐng)域，電氣自動(dòng)化控制專(zhuān)注于提高社會(huì)生產(chǎn)效率，提高社會(huì)生產(chǎn)價(jià)值，節(jié)約勞動(dòng)成本，釋放更多的勞動(dòng)力。自動(dòng)化控制是利用機(jī)器替代人工操作從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約人力成本的目的，并且相較傳統(tǒng)的人工操作，自動(dòng)化控制有著更高的準(zhǔn)確性和規(guī)則性，可以長(zhǎng)期持續(xù)高負(fù)荷地運(yùn)作，從上天下海的運(yùn)載器具到小巧精致的控制開(kāi)關(guān)，自動(dòng)化控制都在其中發(fā)揮著重要的作用。作為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的重要途徑，自動(dòng)化控制技術(shù)由于可應(yīng)用范圍廣、見(jiàn)效快，所以在現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)和生活中都有廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。

電氣自動(dòng)化控制有呈分布式的控制系統(tǒng)，這是一種現(xiàn)代化的高效的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)的控制性，其控制的時(shí)效性得到了極大的提高，是基于集中式控制系統(tǒng)發(fā)展進(jìn)化而來(lái)的，具有實(shí)時(shí)性、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但其DCS 仍然使用的是傳統(tǒng)的儀表，這導(dǎo)致了系統(tǒng)的可靠性較低，在具體的使用過(guò)程中要不方便維護(hù)，且成本較高，不利于進(jìn)一步推廣和普及。電氣自動(dòng)化控制的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言采用的是Windows NT 和IE，由于其簡(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)言規(guī)范也使得電氣自動(dòng)化地控制具有靈活多變、易于管理和維護(hù)的優(yōu)勢(shì)。而其擁有集中監(jiān)控方式的自動(dòng)控制系統(tǒng)也與眾不同，它是把全部的功能都集中在了一個(gè)中央處理器中，不過(guò)，這么做犧牲了整機(jī)的運(yùn)行速度來(lái)實(shí)現(xiàn)了管理的方便，并且在實(shí)際的監(jiān)視中也提高了監(jiān)視的難度，反過(guò)來(lái)增加了運(yùn)營(yíng)成本。

3 人工智能控制的優(yōu)點(diǎn)

不同于傳統(tǒng)的人工操作，人工智能和人類(lèi)的思維方式有著本質(zhì)上的不同，但是人工智能本身也分為很多種，采用不同的人工智能控制需要用不同的方法，人工智能控制類(lèi)似一種非線性函數(shù)近似器，它的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及遺傳算法上近似于一致，這種基本一致的分類(lèi)也使得人工智能的全局性理解得到了促進(jìn)，方便對(duì)實(shí)際控制制定統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)策略。而且人工智能控制比傳統(tǒng)的人力控制更加方便，主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面。人工智能控制在設(shè)計(jì)時(shí)可以不考慮被控制的對(duì)象，在應(yīng)用中被控制的對(duì)象永遠(yuǎn)處于一種變化的過(guò)程中，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法考慮所有的不確定因素，包括線性變化和非線性變化。而人工智能可以通過(guò)控制相應(yīng)時(shí)間、下降時(shí)間等因素來(lái)強(qiáng)化自身的性能。同時(shí)，人工智能在對(duì)古典的控制器方面能夠做到更加準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)，可以直接利用對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息和語(yǔ)言就能夠進(jìn)行設(shè)計(jì)，具有較好的一致性，同時(shí)，還具有不涉及驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)。

對(duì)于人工智能控制的實(shí)現(xiàn)效果，需要從多個(gè)方面加以考慮，在電氣自動(dòng)化控制的數(shù)據(jù)收集和處理中，就需要對(duì)所有開(kāi)關(guān)量以及模擬量進(jìn)行實(shí)時(shí)的收集整理，還要按照一定的要求進(jìn)行存儲(chǔ)和刪除。在畫(huà)面的現(xiàn)實(shí)中，以為模擬的畫(huà)面與實(shí)際情況的可能有較大差距，因此，在一次設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行中，需要將電流和電壓等各種參數(shù)即時(shí)顯示出來(lái)，比如，計(jì)算量、隔離開(kāi)關(guān)以及斷路器等。通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，可以掌握開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)掛牌檢修的功能。在人工智能設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)中，同樣需要對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，強(qiáng)化對(duì)主要設(shè)備的模擬量數(shù)值以及開(kāi)關(guān)量的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生緊急情況，就可以基于警報(bào)，同時(shí)做到順序記錄、聲光和語(yǔ)言等多種警報(bào)形式。

4 人工智能在電氣自動(dòng)化中的應(yīng)用

4.1 人工智能在設(shè)計(jì)優(yōu)化方面的應(yīng)用

電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，其需要依托大量的經(jīng)驗(yàn)、理論知識(shí)，還需要對(duì)機(jī)電、電磁場(chǎng)、電路等應(yīng)用有一定的認(rèn)識(shí)，相比傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)成為電氣產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，而為了獲得更好的設(shè)計(jì)方案，將人工智能應(yīng)用到傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中，改進(jìn)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率與成品質(zhì)量得到顯著的提高，同時(shí)極大地縮短了設(shè)計(jì)周期。將人工智能技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計(jì)優(yōu)化上，主要分為專(zhuān)家系統(tǒng)和遺傳算法兩種應(yīng)用手段，而電器產(chǎn)品的人工智能控制生產(chǎn)通常采用的是遺傳算法，由于遺傳算法更加適用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，所以相比專(zhuān)家系統(tǒng)要更先進(jìn)。

4.2 人工智能應(yīng)用于故障排查中

人工智能技術(shù)的模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)以及專(zhuān)家系統(tǒng)等被廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備的故障診斷與故障排查中，尤其是對(duì)于發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的故障處理、變壓器的故障排查有著廣泛的應(yīng)用。其對(duì)于設(shè)備故障診斷的有著極高的適用性，傳統(tǒng)的設(shè)備故障具有復(fù)雜性、非線性以及不確定性等難點(diǎn)，因此，一般的診斷方式難以解決問(wèn)題，導(dǎo)致診斷效率一直不高。而將人工智能應(yīng)用到故障的診斷中能夠有效提高診斷率，模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專(zhuān)家系統(tǒng)人工智能在故障診斷中主要采用集中診斷方式。比如，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的故障診斷，人工智能化診斷能夠通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論，做到較強(qiáng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和故障診斷知識(shí)模糊性共同診斷，從而提高故障診斷的準(zhǔn)確性和診斷效果。

4.3 人工智能應(yīng)用于電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)中

電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)中的電子電力技術(shù)、電機(jī)、電磁場(chǎng)、電路、變壓器等多種技術(shù)學(xué)科都在電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)中有所應(yīng)用，但這一過(guò)程較為復(fù)雜且需要投入大量的人力、財(cái)力，對(duì)于設(shè)計(jì)者的理論知識(shí)和相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)要求也極為苛刻。但是，如果將人工智能技術(shù)應(yīng)用到電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)中，就能夠極大地提高設(shè)計(jì)的精確度和工作效率，將大量的人腦處理的模擬和演算通過(guò)系統(tǒng)加以實(shí)現(xiàn)。而優(yōu)化設(shè)計(jì)前面提到了主要采用的是遺傳算法，而專(zhuān)家系統(tǒng)更多地應(yīng)用到開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)中，因此，在具體的應(yīng)用中要根據(jù)不同的工作情況和工作目標(biāo)來(lái)采用不同的算法，從而提高工作質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率，并且除了傳統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)外，對(duì)于從業(yè)人員還需要具備豐富的人工智能應(yīng)用使用經(jīng)驗(yàn)和較強(qiáng)的適應(yīng)能力。

4.4 人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

人工智能中的啟發(fā)式搜索、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專(zhuān)家系統(tǒng)這幾樣技術(shù)被應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。其中，專(zhuān)家系統(tǒng)負(fù)責(zé)模擬演算專(zhuān)家的決策過(guò)程，通過(guò)特定領(lǐng)域的專(zhuān)家的知識(shí)和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行演化推理，從而做到和專(zhuān)業(yè)專(zhuān)家一樣地決斷思維。專(zhuān)家系統(tǒng)主要有專(zhuān)家知識(shí)、專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)、推力機(jī)以及咨詢(xún)解釋、人機(jī)接口和專(zhuān)家知識(shí)獲取等六項(xiàng)構(gòu)成，可以對(duì)通常需要專(zhuān)家們聚集進(jìn)行商議決策的疑難問(wèn)題進(jìn)行處理，是將專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識(shí)、復(fù)雜的行業(yè)規(guī)則集于一身的處理系統(tǒng)。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于具備對(duì)復(fù)雜狀態(tài)的分類(lèi)能力、能夠有效地識(shí)別復(fù)雜的狀況，因而在電力系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在大規(guī)模的信息集中處理中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的完全分布式存儲(chǔ)方式和靈活的學(xué)習(xí)方式有助于問(wèn)題的解決。模擬邏輯則能夠通過(guò)對(duì)負(fù)荷變化和生產(chǎn)電力等因素建立求屬函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)高難度的高等數(shù)學(xué)計(jì)算，為電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供最優(yōu)化潮流的模型。模糊理論則被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的具體規(guī)劃、潮流模型的計(jì)算和模糊控制等領(lǐng)域。

4.5 人工智能在電氣控制中的應(yīng)用

電氣控制自動(dòng)化的效率，提高電氣系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的效率和水平需要從增強(qiáng)交換、分配、生產(chǎn)、流通的關(guān)鍵環(huán)節(jié)推行電氣自動(dòng)化控制，這樣有助于節(jié)約成本、減少投入、提高產(chǎn)值、精簡(jiǎn)流程。人工智能技術(shù)中的專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)3 種控制技術(shù)在電氣設(shè)備控制中起著重要作用，其中模糊控制由于其特點(diǎn)與實(shí)際電氣生產(chǎn)關(guān)聯(lián)最為密切。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，人工智能的研發(fā)主要是通過(guò)對(duì)人腦智能的模擬與拓展來(lái)完成復(fù)雜的工序，從而減少人力、物力、財(cái)力的投入，提高電氣企業(yè)生產(chǎn)的效率，電氣自動(dòng)化的研究是電氣工程相關(guān)的運(yùn)行系統(tǒng)，只有充分理解和掌握電氣設(shè)備的運(yùn)作，進(jìn)行合理的人工智能化應(yīng)用，才能夠在電氣生產(chǎn)控制中達(dá)到理想的效果，提高設(shè)備的使用效率，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。