智能控制在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

劉恒愷

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)）

0 引言

電氣傳動(dòng)系統(tǒng)作為現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施，在各行業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)多采用機(jī)械傳動(dòng)方式，但其效率低、噪音大、易損壞等問題已經(jīng)逐漸顯露出來。隨著現(xiàn)代智能控制技術(shù)不斷發(fā)展和完善，越來越多的企業(yè)開始在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中采用智能控制方式，以提高系統(tǒng)效率、工作穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)集成性等方面的性能。因此，研究智能控制在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)這一問題，本論文將分析現(xiàn)代智能控制技術(shù)的原理與應(yīng)用特點(diǎn)，探究其在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究方向，為實(shí)現(xiàn)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行提供參考和借鑒。

1 電氣傳動(dòng)設(shè)備與智能控制系統(tǒng)的發(fā)展及特點(diǎn)

1.1 電氣傳動(dòng)系統(tǒng)

電氣傳動(dòng)系統(tǒng)是指采用電力傳輸來實(shí)現(xiàn)機(jī)械工作的系統(tǒng)。它由電源、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)四部分組成，其中電動(dòng)機(jī)扮演著關(guān)鍵角色，它將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能以驅(qū)動(dòng)其他運(yùn)動(dòng)部件工作［1］。電動(dòng)機(jī)的輸出功率被傳遞到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，使其工作，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)再將動(dòng)力輸出到所需要的設(shè)備上完成運(yùn)轉(zhuǎn)或加工?？刂葡到y(tǒng)可以使電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)單向、雙向、正反轉(zhuǎn)等多種運(yùn)動(dòng)模式，而且還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制運(yùn)行過程。隨著科技的不斷進(jìn)步，越來越多的企業(yè)開始采用智能化控制技術(shù)來管理電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，這種技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高生產(chǎn)效率和保障生產(chǎn)安全，同時(shí)也能夠有效降低企業(yè)的生產(chǎn)成本和運(yùn)營成本。這些優(yōu)勢使得智能化控制技術(shù)在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

1.2 智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)是一種基于先進(jìn)技術(shù)的控制系統(tǒng)，可以對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)器人、家庭及商用設(shè)備等進(jìn)行精準(zhǔn)控制［2］。該系統(tǒng)包括傳感器、執(zhí)行器、控制器、通信網(wǎng)絡(luò)和人機(jī)界面等模塊。智能控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化，避免人為失誤帶來的問題和風(fēng)險(xiǎn)。此外，智能控制系統(tǒng)還可以節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，并提高生產(chǎn)效率。智能控制系統(tǒng)還可應(yīng)用于家庭和商用設(shè)備中，通過智能算法控制溫度、濕度和照明等設(shè)備，使家庭和商用環(huán)境更加舒適、節(jié)能。智能控制系統(tǒng)還可以與互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)設(shè)備等進(jìn)行無縫連接，在遠(yuǎn)程控制和管理方面具有廣闊的應(yīng)用前景?？傊悄芸刂葡到y(tǒng)的創(chuàng)新性和可靠性為我們的生產(chǎn)和生活提供了不可或缺的支持和保障。

2 智能控制系統(tǒng)的主要控制方式

2.1 模糊控制

模糊控制是將模糊、不確定、不固定的概念整合成為模糊集合，以控制這些概念及其應(yīng)用的一種控制方法。與傳統(tǒng)控制方法不同的是，模糊控制可以有效地應(yīng)對(duì)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中存在的較多模糊性的情況，使傳統(tǒng)控制方法難以處理的問題得到有效解決［3］。模糊控制方法可以將不確定性的因素轉(zhuǎn)化為可計(jì)算的模糊度，從而進(jìn)行合理的控制。通過選擇適當(dāng)?shù)哪：刂品绞?，可以有效地控制具有模糊性概念的變量，?shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性和魯棒性的提高，并為電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化控制提供了新思路和方法。因此，模糊控制具有理論與實(shí)踐相結(jié)合的特點(diǎn)，為電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的控制與優(yōu)化提供了強(qiáng)有力的支持。

2.2 單神經(jīng)元自適應(yīng)控制器

單神經(jīng)元自適應(yīng)控制器是一種智能控制系統(tǒng)，由單神經(jīng)元組成，具有自我學(xué)習(xí)能力。它屬于非線性控制，可以解決電力系統(tǒng)中較為復(fù)雜的問題。單神經(jīng)元自適應(yīng)控制器具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在市場上得到廣泛應(yīng)用。

單神經(jīng)元自適應(yīng)控制器運(yùn)行原理如圖1所示：它能夠通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換和學(xué)習(xí)規(guī)則來逐步適應(yīng)周圍環(huán)境的變化。在學(xué)習(xí)過程中，神經(jīng)元內(nèi)部的連接權(quán)重不斷被調(diào)整，使得知識(shí)結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化和更新。隨著權(quán)重的不斷調(diào)整，控制器逐漸實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的狀態(tài)，開始進(jìn)入后期的工作階段。此時(shí)，控制器的連接權(quán)重已經(jīng)固定下來，它會(huì)源源不斷地接收輸入數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算，輸出對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)。這樣，單神經(jīng)元自適應(yīng)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的控制，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。

圖1 單神經(jīng)元控制

單神經(jīng)元自適應(yīng)控制器采用有監(jiān)督的Hebb學(xué)習(xí)規(guī)則，它結(jié)合了無監(jiān)督的Hebb學(xué)習(xí)規(guī)則和有監(jiān)督的Delta學(xué)習(xí)規(guī)則，以適應(yīng)周圍環(huán)境的變化［4］。具體來說，如果神經(jīng)元的輸出值為y，期望輸出值為d，學(xué)習(xí)率為η，則Delta學(xué)習(xí)規(guī)則可以表示為：Δw＝η（y-d）x。其中，Δw是權(quán)重的變化量；x是神經(jīng)元的輸入值。Delta學(xué)習(xí)規(guī)則根據(jù)誤差信號(hào)來調(diào)整連接權(quán)重，使得誤差逐漸減小，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逐漸達(dá)到期望輸出。在實(shí)踐中，Delta學(xué)習(xí)規(guī)則通常需要經(jīng)過多次迭代和調(diào)整，才能得到滿意的學(xué)習(xí)效果。

總之，單神經(jīng)元自適應(yīng)控制器的實(shí)現(xiàn)對(duì)成本、控制效果和運(yùn)行速度等方面進(jìn)行了充分的考慮，因此已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用研究和市場推廣。

3 智能控制在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 智能控制在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用的價(jià)值

首先，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)具有很高的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的控制策略難以完全滿足實(shí)際應(yīng)用需求，而智能控制可以針對(duì)系統(tǒng)的不同特點(diǎn)和需求，構(gòu)建合適的控制模型，從而達(dá)到更好的控制性能和控制效果。智能控制可以通過適應(yīng)性控制、自適應(yīng)控制等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和效率的全面優(yōu)化，提高電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度。

其次，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)存在參數(shù)變化等非線性特性，傳統(tǒng)控制策略的PID調(diào)節(jié)器難以在這種環(huán)境下起到良好的作用。而智能控制可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、遺傳算法等智能化算法對(duì)非線性環(huán)境進(jìn)行全面控制，從而提高系統(tǒng)的輸出質(zhì)量、控制穩(wěn)定性和控制精度，進(jìn)一步提高電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的效率和可靠性。

最后，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)某些特定的功能需求，如安全性、精準(zhǔn)控制、能量管理等，這對(duì)傳統(tǒng)控制策略的實(shí)現(xiàn)也提出了挑戰(zhàn)，而智能控制則可以通過建立多種控制模型和控制算法，進(jìn)一步優(yōu)化控制器的控制效果，滿足系統(tǒng)的特定應(yīng)用需求，同時(shí)保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

總之，智能控制作為一種新興的控制策略，在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以為電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，進(jìn)一步提升電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的性能和使用價(jià)值。

3.2 模糊控制在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，操作人員的經(jīng)驗(yàn)和處理緊急情況的能力至關(guān)重要。他們需要具備處理緊急情況的能力，能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)故障和危險(xiǎn)情況時(shí)，及時(shí)做出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行［5］。但是，由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和非線性特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制方法難以滿足要求。這時(shí)，模糊控制作為一種基于人類智能的控制策略，將操作者的經(jīng)驗(yàn)與專家的經(jīng)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合起來，從而使得電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具備了與人類大腦相似的非線性思考能力，從而達(dá)到智能化的目的，實(shí)現(xiàn)智能控制。通過模糊控制，電氣傳動(dòng)系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，避免了傳統(tǒng)控制方法中過分依賴數(shù)學(xué)模型和精確環(huán)境的限制。模糊控制可以在一定程度上提高系統(tǒng)控制的靈活性和魯棒性，并具有自適應(yīng)性和容錯(cuò)性等特點(diǎn)。因此，模糊控制在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景，為系統(tǒng)的優(yōu)化和智能化提供了可行的解決方案。模糊控制在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用如圖2所示。

圖2 模糊控制在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

總的來說，模糊控制在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以將操作人員和專家的經(jīng)驗(yàn)整合為有效的控制策略，提高系統(tǒng)的控制性能和響應(yīng)速度，進(jìn)一步提高電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的效率和可靠性。

3.3 單神經(jīng)元控制在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，傳統(tǒng)控制方法難以滿足復(fù)雜的控制要求，如設(shè)備速度調(diào)整等。在此背景下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能、數(shù)學(xué)、生物等多個(gè)領(lǐng)域結(jié)合起來的一種新型的控制技術(shù)。它建立在人腦思維規(guī)律和特點(diǎn)基礎(chǔ)上，主要用于復(fù)雜控制系統(tǒng)的過程。通過自動(dòng)提取系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)并進(jìn)行獨(dú)立分析，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制可以靈活調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，并自適應(yīng)地達(dá)到控制目的。

在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制常用于電機(jī)調(diào)速控制等方面。相較于傳統(tǒng)控制方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制具有較強(qiáng)的安全性和自我適應(yīng)能力。同時(shí)，它可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)故障檢測和分析，并將分析結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中?；趯＜铱刂频碾姎鈧鲃?dòng)系統(tǒng)也可以進(jìn)行自主故障檢測和分析，通過輸出故障分析結(jié)果，最終實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的控制策略調(diào)整。在電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，雖然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)具有較高的運(yùn)行精度和效率，但它在脫線學(xué)習(xí)狀態(tài)下的自動(dòng)化能力較弱，容易受到分析報(bào)告和信號(hào)數(shù)據(jù)的影響。相比之下，基于專家控制的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)雖然綜合定量知識(shí)能力較弱，但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)具有在脫線學(xué)習(xí)和在線學(xué)習(xí)狀態(tài)下均能保持正常功能的優(yōu)點(diǎn)，這些特點(diǎn)有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在某些情況下，可以將脫線學(xué)習(xí)和在線學(xué)習(xí)兩種方法結(jié)合起來使用，這樣能夠達(dá)到更好的控制效果，同時(shí)提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。這種結(jié)合的方法可以利用脫線學(xué)習(xí)獲得系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，而在線學(xué)習(xí)則可以實(shí)時(shí)的調(diào)整系統(tǒng)的控制策略。這一方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度以及對(duì)未知環(huán)境和隨機(jī)擾動(dòng)的魯棒性，從而適應(yīng)更廣泛的應(yīng)用場景。

4 結(jié)束語

總的來說，傳統(tǒng)的PID控制在非線性參數(shù)的處理和非線性被控對(duì)象的控制方面存在局限性。雖然智能控制技術(shù)可以有效地提高電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的控制精度和效率，但在實(shí)際應(yīng)用中，也存在一些局限性。我們可以利用智能控制技術(shù)的自適應(yīng)性和學(xué)習(xí)能力，不斷優(yōu)化系統(tǒng)的控制策略；同時(shí)，利用PID控制方法的簡單可靠性和對(duì)參考信號(hào)的快速響應(yīng)性，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。從而我們可以提高電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的整體控制性能，滿足各種復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用需求。這樣才能更好地滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的高效、精準(zhǔn)、穩(wěn)定和安全的要求，為工業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展做出貢獻(xiàn)。