電氣自動化控制中的人工智能技術探討

摘 要：當今社會，計算機技術已經滲透到生產生活的方方面面，計算機編程技術的日新月異催生自動化生產、運輸、傳播的快速發展。人腦是最精密的機器，編程也不過是簡單的模仿人腦的收集、分析、交換、處理、回饋，所以模仿模擬人腦的機能將是實現自動化的主要途徑。電氣自動化控制是增強生產、流通、交換、分配等的關鍵一環，實現自動化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運作的效率。隨著信息技術的發展，許多新方法和技術進入工程化、產品化階段，這對自動控制技術提出全新的挑戰，促進了智能理論在控制技術中的應用，以解決用傳統的方法難以解決的復雜系統的控制問題。

關鍵詞：人工智能；自動化；控制技術

人工智能是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。隨著電氣設計的發展，傳統的方法有時很難適應。在此背景下，人工智能技術被引入電氣設備的優化設計過程中，并取得了一些成功經驗。文章在總結人工智能在電氣設備領域取得成果的基礎上，對具體應用提出一些看法與策略。

1 人工智能應用理論分析

人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI。它是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能是計算機科學的一個分支，它企圖了解智能的實質，并生產出一種新的能以人類智能相似的方式作出反應的智能機器，該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等。

當今社會，計算機技術已經滲透到生產生活的方方面面，計算機編程技術的日新月異催生自動化生產，運輸，傳播的快速發展。人腦是最精密的機器，編程也不過是簡單的模仿人腦的收集、分析、交換、處理、回饋，所以模仿模擬人腦的機能將是實現自動化的主要途徑。電氣自動化控制是增強生產、流通、交換、分配等關鍵一環，實現自動化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運作的效率。比如說，超高壓輸電設備，如果沒有穩定可靠的自動化控制系統來運行，單靠人來直接控制，不但影響效率而且會造成諸如人身傷亡，供電調配不均，資源浪費等問題。中國制造早已名聲在外，但中國生產線的自動化水平卻非常低，生產效率不高。中國是以大量勞動力廉價輸出而換取的經濟總量，并沒有達到較發達國家的經濟質量。人工智能應用于電氣自動化控制領域，就是打造具有人的一部份判斷能力、處理能力的電氣控制系統，提高生產能力，支持產業結構的調整和優化。

2 人工智能控制器的優勢

（1）它們的設計不需要控制對象的模型（在許多場合，很難得到實際控制對象的精確動態方程，實際控制對象的模型在控制器設計時往往有很多不確實性因素，例如：參數變化，非線性時，往往不知道）。

（2）通過適當調整（根據響應時間、下降時間、魯棒性能等）它們能提高性能。例如：模糊邏輯控制器的上升時間比最優PID控制器快1.5倍，下降時間快3.5倍，過沖更小。

（3）它們比古典控制器的調節容易。

（4）在沒有必須專家知識時，通過響應數據也能設計它們。

（5）運用語言和響應信息可能設計它們。

（6）它們有相當好的一致性（當使用一些新的未知輸入數據就能得到好的估計），與驅動器的特性無關。現在沒有使用人工智能的控制算法對特定對象控制效果十分好，但對其他控制對象效果就不會一致性地好，因此對具體對象必須具體設計。

（7）它們對新數據或新信息具有很好的適應性。

（8）它們能解決常規方法不能解決的問題。

（9）它們具有很好的抗噪聲干擾能力。

（10）它們的實現十分便宜，特別是使用最小配置時。

（11）它們很容易擴展和修改。

總而言之，當采用自適應模糊神經控制器，規則庫和隸屬函數在模糊化和反模糊化過程中能夠自動地實時確定。有很多方法來實現這個過程，但主要的目標是使用系統技術實現穩定的解，并且找到最簡單的拓樸結構配置，自學習迅速，收斂快速。

3 人工智能的應用現狀

3.1 優化設計

電氣設備的設計是一項復雜的工作，它不僅要應用電路、電磁場、電機電器等學科的知識，還要大量運用設計中的經驗性知識。傳統的產品設計是采用簡單的實驗手段和根據經驗用手工的方式進行的，因此很難獲得最優方案。隨著計算機技術的發展，電氣產品的設計從手工逐漸轉向計算機輔助設計（CAD），大大縮短了產品開發周期。人工智能的引進，使傳統的CAD技術如虎添翼，產品設計的效率及質量得到全面提高。

用于優化設計的人工智能技術主要有遺傳算法和專家系統。遺傳算法是一種比較先進的優化算法，非常適合于產品優化設計。因此電氣產品人工智能優化設計大部分采用此種方法或其改進方法。

優化設計的另一個有力武器是專家系統。但從目前已開發的專家系統來看，總體上仍處于研究階段，離實用尚有一定距離。將專家系統應用到電機設計領域是從1988年J.H.Garret建立變壓器設計專家系統開始的，目前我國沈陽工業大學特種電機研究所研制了永磁直流電動機及永磁同步電動機的設計專家系統；西安交通大學、華中理工大學、東南大學各自開發了異步電動機的設計專家系統，都取得了一定成效。在電器設計方面，河北工業大學做了一些有益的嘗試，他們將CAD技術與專家系統相結合，開發了電磁繼電器CAD專家系統。該系統由三部分組成：最初設計、優化設計及零件結構設計。使用時只要輸入繼電器的參數，專家系統便按要求自動設計出電磁系統的結構尺寸、線圈匝數、觸頭材料等并可繪出特性曲線和結構圖。除了以上用遺傳算法與專家系統對電氣設備進行優化設計的方法外，還有用模糊邏輯及神經網絡實現的設計方法。

3.2 故障診斷

電氣設備的故障與其征兆之間的關系錯綜復雜，具有不確定性及非線性，用人工智能方法恰好能發揮其優勢。已用于電氣設備故障診斷的人工智能技術有：模糊邏輯、專家系統、神經網絡。

變壓器由于在電力系統中的特殊地位而備受關注，有關方面的研究論文較多。目前對變壓器進行故障診斷最常用的方法是對變壓器油中分解的氣體進行分析，從而判斷變壓器的故障程度。

人工智能故障診斷技術在發電機及電動機方面的研究工作也較為活躍。

3.3 智能控制

人工智能控制技術在自動控制領域的研究與應用已廣泛展開，但在電氣設備控制領域所見報道不多?？捎糜诳刂频娜斯ぶ悄芊椒ㄖ饕腥N：模糊控制、神經網絡控制、專家系統控制。由于模糊控制是其中最為簡單、最具實際意義的方法，因而它的應用實例最多。

4 結束語

人類智能主要包括三個方面，即感知能力，思維能力，行為能力。而人工智能是指由人類制造出來的“機器”所表現出來的智能。人工智能主要包括感知能力、思維能力和行為能力。人工智能的應用體現在問題求解，邏輯推理與定理證明，自然語言理解，自動程序設計，專家系統，機器人學等方面，而這諸多方面都體現了一個自動化的特征，表達了一個共同的主題，即提高機械人類意識能力，強化控制自動化，因此人工智能在電氣自動化領域將會大有作為，電氣自動化控制也需要人工智能的參與。

參考文獻

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