智能化技術(shù)在電氣工程自動化控制中的運(yùn)用

范俊財

摘 要：我國國家領(lǐng)導(dǎo)人明確提出到2025年要把我們國家打造成工業(yè)強(qiáng)國，而工業(yè)強(qiáng)國的前提是工業(yè)制造要實(shí)現(xiàn)自動化。所以我們國家的制造業(yè)都在積極發(fā)展各自的智能化技術(shù)，比如汽車行業(yè)的智能汽車、大疆旗下的無人機(jī)以及船舶行業(yè)的智能化船舶等等。這些行業(yè)在電氣自動化控制領(lǐng)域率先做出了表率，同時也占據(jù)了智能化技術(shù)的半壁江山。本文將深入剖析智能化技術(shù)的發(fā)展方向，同時也將深入解析自動化控制理論，為我國早日實(shí)現(xiàn)2025工業(yè)自動化貢獻(xiàn)自己的力量。

關(guān)鍵詞：智能化技術(shù)；電氣工程；自動化控制；智能控制器

當(dāng)代大學(xué)生應(yīng)該深有體會，因?yàn)殡S著我國工業(yè)自動化的不斷向前發(fā)展，全國各大企業(yè)為計算機(jī)、自動化和大數(shù)據(jù)這方面的人才提供了非常多的就業(yè)崗位，同時這些崗位的薪金也是其他行業(yè)的翹楚。對比自動化行業(yè)，經(jīng)濟(jì)金融行業(yè)已經(jīng)開始出現(xiàn)疲態(tài)，市場上所占的地位也不斷的被撼動。所以我們可以看出智能化技術(shù)和電氣工程自動化控制發(fā)展前景十分廣闊。

1電氣工程自動化控制中智能化技術(shù)的特點(diǎn)

自21世紀(jì)以來，智能化技術(shù)一直都是世界各國關(guān)注的焦點(diǎn)，其中包括谷歌公司推出的人工智能程序阿爾法狗、德國大眾旗下智能無人駕駛汽車和美國研發(fā)的無人機(jī)。目前這些國家都在奮力搶占智能化技術(shù)這個廣闊的平臺，一旦哪個國家占據(jù)先機(jī)，智能化技術(shù)將會為該國家的科技和經(jīng)濟(jì)帶來巨大的收益。我們國家的人工智能也在如火如荼的發(fā)展中，主要有以下幾個方面的特點(diǎn)：

1.1智能化控制器可實(shí)現(xiàn)無人化操控

智能化控制之所以發(fā)展的如此迅猛，是因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)十分突出，智能化控制技術(shù)不需要控制模型就能夠?qū)崿F(xiàn)對象的控制。就拿智能化家具來說，我們可以近距離對電燈和空調(diào)進(jìn)行控制，也可以遠(yuǎn)距離對它們進(jìn)行控制。當(dāng)我們在家里的時候，它們可以自動感知周圍光線和溫度，然后進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，讓我們處在一個最舒適的環(huán)境。當(dāng)我們想要在遠(yuǎn)距離對他們進(jìn)行控制的時候，我們就可以利用手機(jī)軟件對他們進(jìn)行操控。這些智能控制解決了傳統(tǒng)控制贅述的問題。

1.2智能化控制器無需控制模型

智能化控制也不需要控制模型，在傳統(tǒng)自動化控制過程中我們需要根據(jù)模型的變化來改變控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，這樣的控制不僅浪費(fèi)時間還耗費(fèi)巨大的人力，而智能控制不需要模型，依靠的是產(chǎn)品自身的學(xué)習(xí)能力。谷歌公司的阿爾法狗在和世界級圍棋選手對戰(zhàn)的時候，全程都是智能化機(jī)器人在自主對戰(zhàn)，不需要人們對其進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。同時阿爾法狗還具有非常強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，可以根據(jù)對手棋路的變化進(jìn)行學(xué)習(xí)，不斷開發(fā)出自己以前沒有的新技能。這是以前傳統(tǒng)控制器所不能比擬的，是自動化控制飛躍式發(fā)展。

1.3智能化控制器處理不同數(shù)據(jù)時具備較高的一致性

智能化控制其本身有非常強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，當(dāng)智能化控制器采集完收據(jù)之后，將這些數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)，通過互聯(lián)網(wǎng)的大數(shù)據(jù)和云計算功能直接對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理完成之后再將這些數(shù)據(jù)發(fā)送至智能化控制器，控制器就可以全自動控制產(chǎn)品的運(yùn)作。這種處理模式具有較高的準(zhǔn)確性和一致性，是當(dāng)前自動化控制中最高端的技術(shù)。

2智能化技術(shù)在電氣自動化控制中的具體應(yīng)用

2.1神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法是目前為止智能化技術(shù)運(yùn)用最多的算法之一，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是期望通過模擬現(xiàn)實(shí)中的生物思維來實(shí)現(xiàn)直接實(shí)現(xiàn)人工思維。算法是人設(shè)計出來的，我們沒有辦法設(shè)計出非常復(fù)雜的算法，因?yàn)槲覀冏罱K會想不明白。只有可以拆分成子任務(wù)的問題我們能夠應(yīng)付（程序員尤其擅長），如果所有事情都緊密關(guān)聯(lián)，我們的設(shè)計很快就會失控。在專家系統(tǒng)中，我們要處理大量邏輯性的事情，代價很大。在神經(jīng)網(wǎng)中，我們只要決定網(wǎng)絡(luò)形式，具體工作交給網(wǎng)絡(luò)本身，這大大簡化了問題，

2.2模糊邏輯控制

預(yù)知將來比較難是由于計算機(jī)只能使用精確的、形式化的知識，而人類的知識，有時很難形式化，尤其是對于現(xiàn)場控制非常有用的操作經(jīng)驗(yàn)。幸運(yùn)的是，針對這種非常有用、但難以準(zhǔn)確描述出來的經(jīng)驗(yàn)型知識，人類發(fā)明了模糊數(shù)學(xué)來進(jìn)行處理。什么叫模糊，就是某個事物既帶有這個類屬的部分特征，還帶有那個類屬的部分特征，使得我們無法明確的說這個事物到底應(yīng)該屬于這個類還是那個類。這就像辨認(rèn)一張不太清晰的照片是不是某人，看起來似像非像的。所以這種情況下，我們就用那些符合的部分特征來表示事物和本類的相似程度：如果有10個特征值可以用來刻畫本類事物，a有三個特征符合，就說a對本類的隸屬度是0.3；而a還有四個特征符合B類的特征取值，就說a對B的隸屬度是0.4。通過模糊邏輯控制可以將非常復(fù)雜的問題簡單化，只要符合了我們所設(shè)計的模糊計算程序，我們就可以從眾多條件或者答案中選出最適合我們的一條來實(shí)現(xiàn)對象的控制。

2.3 PLC系統(tǒng)

PLC誕生取代了繼電器控制，最先由 GM公司提出需求，然后由美國DEC公司1969年研發(fā)了第一款PLC用于汽車生產(chǎn)線，從而成為了工業(yè)3.0開始的標(biāo)志。隨后 MODICON 公司也研發(fā)了PLC，標(biāo)志著PLC走向標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品，開始應(yīng)用于各行各業(yè)。以傳統(tǒng)控制器的封閉性來說，開發(fā)后便不易作更動，新舊技術(shù)或設(shè)備無法有效融合，且淘汰更換成本相對較高，升級不易。但是隨著IT需求不斷提高，需要處理的資料量越來越龐大，舊有自動化系統(tǒng)除非額外多加系統(tǒng)設(shè)備，否則難以處理大量資料。現(xiàn)有控制系統(tǒng)想要整合不同系統(tǒng)設(shè)備，都受限于不同的程式語言，后續(xù)控制器發(fā)展需要走向開放性架構(gòu)，滿足控制器市場對控制器在開放性與彈性上的需求。而PLC的強(qiáng)處在于靈活性，在需要不斷迭代，客戶定制化，快速上線，以及原型產(chǎn)品方面都有不可替代的優(yōu)勢。

2.4故障診斷及優(yōu)化操作

智能化技術(shù)在故障診斷及優(yōu)化操作方面具有非常強(qiáng)勁的優(yōu)勢，在建模方面和故障運(yùn)行測試方面所展現(xiàn)出來的技術(shù)是傳統(tǒng)控制技術(shù)無法比擬的。以飛機(jī)控制故障系統(tǒng)為例，首先從對象來看，飛機(jī)可分為燃油系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)等若干重要系統(tǒng)。單單一個飛行控制系統(tǒng)，精確建模就不是那么容易。

在飛行控制系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)上，我們下面展開怎樣對飛行控制建模。其實(shí)飛行控制系統(tǒng)也包含飛行控制計算機(jī)、作動系統(tǒng)等。其實(shí)作動系統(tǒng)主要由控制部分和機(jī)械部分兩大部分組成。控制部分主要包括電子放大器、PID控制器、反饋節(jié)點(diǎn)等，對于自動控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，智能化技術(shù)融合了Matlab軟件和SIMULINK軟件，各種控制模塊十分齊全，并且系統(tǒng)調(diào)試方便；而針對“機(jī)械部分”，主要是各種液壓源、伺服閥、液壓缸等。傳統(tǒng)的診斷系統(tǒng)采用的是傳遞函數(shù)的方法，而傳遞函數(shù)表達(dá)機(jī)械部件本身就很難精確表達(dá)。智能化技術(shù)就不一樣了，智能化技術(shù)是直接用物理參數(shù)建模，比如一個作動筒，長度是多少？活塞直徑是多少？活塞位移是多少？利用這些物理參數(shù)建模，就會準(zhǔn)確好多，不用考慮傳遞函數(shù)，直接輸入物理參數(shù)即可，方便快捷。

3結(jié)束語

綜上所述，智能化技術(shù)在當(dāng)代電氣工程自動化控制中展現(xiàn)出來的實(shí)力是非常強(qiáng)悍的，只要我們能夠積極的在智能化技術(shù)方面進(jìn)行創(chuàng)新，將智能化技術(shù)完美的運(yùn)用在現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，就能夠進(jìn)一步提升我國的工業(yè)實(shí)力，提升我國工業(yè)產(chǎn)品在國際上的競爭力，對我國企業(yè)的生存和發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。

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（作者單位：湖州師范學(xué)院求真學(xué)校）