電氣自動化控制中人工智能技術

張聰一，劉穎超

山東省環能設計院有限公司，山東 濟南 250100

電氣自動化是一門以電氣系統的運行、控制、研發為對象的實踐應用性學科。人類社會發展到當代，解放人類的雙手，最大程度實現機械運行與控制的自動化。全面應用人工智能技術的最新成就，充分推動電氣設備自動化的進一步深化發展，提高其系統運行趨于智能化的同時，人工智能技術的應用還利于強化系統工作的安全性、穩定性，有利于企業生產效率的提升以及市場競爭力的增強。

1 人工智能技術研究與應用的現實情況

近年來，大量科研單位以及專業院校都在人工智能技術的創新與研究以及其電氣設備控制系統中的應用上開展了大量工作，人工智能用于電氣設備系統的結構設計、故障診斷、預警、監控以及自動保護等方面都達到了一定的水平。

以結構設計方面為例，因電氣設備系統結構設計復雜性高，涉及到諸如電路、電磁、電機電器應用等等大量的學科專業知識，更要求工作人員有豐富的實踐經驗。目前，在數字技術空前創新發展的背景下，電氣產品及其控制系統的設計工作業已轉向了CAD，使得新產品新系統的構建周期顯著縮短。在此基礎上加入人工智能技術，系統設計的質量以及速度都可得到全面提升。

此外，人工智能技術在進行電氣設備系統故障控制與預警方面也有非常獨特的優勢。電氣控制系統出現故障之前征兆呈非線性，因此人工智能技術中的模糊邏輯、神經網絡等等部分可以充分發揮其優勢。

最后是人工智能技術在電氣自動化控制系統中的運用，主要的技術方法有、神經網絡、專家系統以及模糊控制三種，其中以最后一種控制技術最為簡便，可應用性最強。人工智能技術在電氣自動化控制系統中以AI控制器為主，其可以視為非線性函數近似器。與一般的函數估計設備相比較，AI控制系統在進行設計時不一定必須工作對象的具體模型，這就避免在設計時需要考慮控制對象模型本身的參數變等不確定性。此外，其性能提升的空間比較大，而且易于調節，一致性強，對于新的數據信息適應性良好；配置成本低而且更新簡便、抗干擾能力強。

2 電氣自動化控制系統中人工智能技術的具體應用

電氣自動化控制系統當中，人工智能技術的應用有兩種，一是直流傳動控制；另一種是效流傳動控制。

在直流傳動控制中，人工智能技術的應用有模糊邏輯控制技術為主，有Mamdani與兩種可用于調速控制系統。它們均具備規則庫部分，規則庫實質上是一個if-them的模糊規則集合。以后者為例，它最主要的規則就是“if x=A,且y=B,則z=f（x，y）z則z”。其中的都是模糊集。模糊控制設備以推理機為核心部分，它負責模仿人腦的智能化決策以及模糊控制命令的推理。除此以外還有模糊化部分、知識庫部分以及反模糊化部分，第一個部分是通過多種不同形式的函數對所輸入的變量做出測量，并將其量化、模糊化；第二部分就是由數據規則以及語言控制庫構成所構成的知識庫，本庫設計時就是應用專家的知識與經驗對電氣設備進行控制，在建立設備模型時，模型操作設備依據人工神經網絡系統的推理機制進行模型建設；最后是以模型參數量化與中間平均技術等模糊化技術的應用。

除了模糊邏輯控制技術以外，還有人工神經網絡控制技術。這種技術主要用于不同模式的識別以及各種信號的處理，可以在電氣傳動控制工作中發揮有效作用。這種技術以并行結構為主，適用范圍比較廣，可以大大提升條件監控、診斷系統的準確性；該控制技術最常用的學習策略是誤差反向傳播，也就是說在網絡具備充足的隱藏層、結點和恰當的激勵函數的情況下，多層人工神經網絡只要利用反向傳播就可以計算出對應的非線性函數近似參數，大大提高網絡運行速度。

在交流傳動控制中，人工智能技術的應用也同樣有模糊邏輯與神經網絡兩種具體運用。

就模糊邏輯而言，到目前為止均以模糊控制器直接代替原有的普通速度控制設備為主，不過西方某大學研發了一種高性能的帶有多個模糊控制器的全數字化傳動控制體系，該體系所帶有的模糊控制器即可以用來代替普通的速度控制設備，又可以用于執行它控制任務。

就人工神經網絡控制技術而言，實踐研究中以其對交流電氣設備及其驅動環境參數監測及診斷為主。人工神經網絡用作步進電動機控制時，可采用一般的反向轉波計算方法，就是通過實驗數據的應用，通過電機負載轉矩以及電機的初始速度最終確定智能監控系統可監測的最大速度增加值。這種設計方案的實現，要求神經網絡具備識別三維圖形映射的能力，以便達到比常規梯形控制計算模式強的控制成效。在此模式下，人工神經網絡可以大大縮減電氣自動化系統定位所需要的時間，并且強化對于負載轉矩以及非初始速度變化范圍的控制工作。人工神經網絡的結構以多層前饋型為主，具體可分為兩個系統:系統一是在辨識電氣動態參數的基礎上對通過定子的電流進行自動調節與控制，系統二是在辨識機電系統的運行參數基礎上對轉子速度進行自動調節與控制。

3 結論

電氣自動化控制系統作為提高電氣設備的生產能力、流通交換速度的重要環節，脫離了人力操作控制，最大程度實現智能化，不僅可以為企業節約人力成本，而且有利于生產效率的增加。人工智能技術是專門研究人類智能模擬的科學，其應用范圍以問題求解、邏輯推理、語言理解、以及專業知識數據庫和自動性強的機器人等多個方面，最大的特征就是自動化。即以推動機械向人類行為意識能力靠攏，從這個意義上來說，人工智能技術在電氣自動化控制系統中的應用前景非常廣闊，在數字控制理念的指導下，傳統上使用的控制器設計技術將逐漸會為控制效果更好的人工智能軟件技術所取代，因此有關單位與部門須加強這方面的技術研究力度。

[1]翟輝.人工智能在電氣自動化控制中應用[J].科技創新導報，2009(27):45.

[2]胡蝶.人工智能在電氣自動化控制中的應用[J].中小企業管理與科技，2010(27).