電氣傳動系統的智能控制研究

鄭金達

（丘引信息技術（天津）有限責任公司，天津 300202）

作為現代科學技術的重要產物之一，智能控制系統對提升電氣傳動系統運行的質量和效率具有十分重要的作用，智能控制系統通過模擬人類大腦思維的分析模式對電氣傳動系統進行智能化控制調整，擺脫了傳統控制系統依托控制對象模型設計的弊端，實現了對電氣傳動系統參數的非線性因素反應以及參數變化反應，是電氣傳動系統未來發展的主要趨勢。然而，當前我國對電氣傳動系統中智能控制系統的應用尚處于發展階段，對促進電氣傳動系統實現智能化的穩定運行尚存在一定的難度。因此，深入研究電氣傳動系統的智能控制對推動電氣傳動系統優化發展，提供全面的技術和支撐保障具有十分重要的意義。

1 電氣傳動設備與智能控制系統的基本概念

1.1 電氣傳動系統

電氣傳動系統由四部分組成：電動機、控制設備、傳動設備與電源。主要工作流程為：電源通過電磁感應裝置為整個系統提供電力，電力通過轉化成機械力來帶動傳動設備運轉，傳動設備與控制設備一同工作，按照設定好的機械操作做著持續性的生產與加工，最終完成生產工藝任務。傳統的電氣傳動系統依靠人力或是自動化程序來控制，現如今隨著技術的發展，逐漸興起的智能化控制技術也不斷地應用在電氣傳動系統上，大大增加了生產效率與生產安全，減少了企業的生產成本和運營成本。

1.2 智能控制系統

智能控制技術是目前很火熱的一個技術，隨著科學發展的進步，逐步應用于各種行業，比如制造業、通信業、服務業等。智能控制系統有幾大組成模塊：信息處理模塊、設備控制模塊、感應器、后臺服務器與電源裝置。具體來說：智能控制系統通過后臺服務器對應用場景收集數據并分析，然后提出相應的操作指令向終端機器內部的信息處理模塊發送，信息處理模塊得到指令后，操縱設備控制模塊做出對應的機械化動作，操作過程中由各種感應器裝置繼續收集信息并傳送到后臺服務器。智能控制系統與自動化控制系統的不同之處在于：自動化控制系統是由人事前輸入相關操作指令，機器會按照指令自動的機械化運轉，一旦出現突發情況，機器就會出現停滯的現象；智能控制系統不僅擁有自動化控制系統的所有功能，還可以由后臺服務器做出分析計算，并自由靈活地處理各種突發情況，保證了生產的流暢性與合理性。

2 智能控制系統的主要控制方式

2.1 模糊控制

模糊控制是一種非線性控制，屬于智能控制系統，其中最主要的特點就是擁有系統化理論和大量實踐背景。系統化理論方面：模糊控制系統的基本機構框圖如圖1所示，從圖中可以看出，模糊控制有三個組成部分：模糊產生器、模糊推理機和消除模糊器。模糊產生器接收的是實踐中技術人員的操作方式和技巧，通過模糊集合內存儲的相關專家的知識，將混合數據傳到模糊推理機中，按照一定的生產規則，做出合理的模糊指令，由消除模糊器解釋并控制機器做出符合實際操作情況的、模仿技術人員的機械動作。模糊控制可以有效地減少人員參與，減輕企業的技術人員數量，緩解了企業用人緊張的問題。

圖1 模糊控制系統的基本機構框圖

大量實踐背景方面：由于模糊控制應用范圍較廣，典型的例子比如：家用電器設備中的模糊洗衣機、微波爐、吸塵器等；工業控制領域中的水凈化裝置、水泥爐等；其他方面的自動扶梯、模糊機器人等，足以見得這種智能控制算法的簡單和易適應性。模糊控制算法不需要精確的數學模型、不需要繁瑣的語言控制規則，只需要收集技術人員的動作和經驗，進行簡單的計算就可以完成工作，加快了企業的生產效率，輸入的各項信息越詳細，模糊智能控制的效果就會越好。對于那些有著充足實踐經驗的企業來說，模糊控制可以幫助他們提高自身的企業競爭力。

2.2 單神經元自適應控制器

單神經元自適應控制器也是一種非線性控制，屬于智能控制范疇，由單神經元組成。現如今神經網絡的發展使得智能控制系統變得越發高效，因為單神經元自適應控制器的自我學習能力使得它逐漸成為智能控制系統的主要一員。由于單神經元結構簡單和響應速度快的特點，可以解決電力系統中較為復雜的問題，雖然其內存較一般的計算機要小一些，但是對企業來說，綜合考慮單神經元自適應控制器的成本、控制效果和運行速度，已經完全可以對單神經元自適應控制器做完善的科學研究和市場應用。

單神經元自適應控制器原理如圖2所示，輸入的數據通過狀態轉化與學習規則的影響，使得知識結構逐步適應周圍環境的變化。在前期的學習過程中，神經元內部的連接權值不斷被修改，等到權值經過不斷的調整逐漸趨于穩定時，代表單神經元自適應控制器學習完畢，進入到后期的工作過程，這時連接權值將固定不變，源源不斷地把輸入數據計算并輸出。圖2選擇的是有監督的Hebb學習規則，它結合了無監督的Hebb學習規則和有監督的Delta學習規則：

輸入為r，輸出為y，誤差為e=r-y，控制信號為u；

三個狀態量x1（k）=e（k），

神經元產生的控制信號為：

其中，wi（k）為對應的xi（k）的權系數，k為神經元的比例系數，圖2以這種無監督學習規則和有監督學習規則結合的方式，組成了單神經元自適應控制器，以解決復雜問題。

圖2 單神經元自適應控制器原理

3 電氣傳動系統對智能控制方法的有效運用

3.1 模糊控制在電氣傳動系統的應用

在電力企業的應用中，復雜的電氣傳動工作較多，導致輸入數據較雜，因此在企業實際應用前，應該著手建立一個規則化數據庫，數據庫內整理著嚴謹的數據對象，并把技術人員的操作精細化，再將數據輸入到模糊控制系統中，通過模糊控制系統中的數據變換過程，將消除模糊化的操作實施到機械上，一般來說模糊控制系統較多安裝在傳動系統的發電機、電動機等設備中，用來幫助原本就自帶一定自動控制能力的設備運轉。

比如在交流電調速系統中運用模糊控制，輸入的系統變量要經過調整，改變相應的誤差和誤差控制率，利用模糊PI技術將系統參數調整完畢后，可以實現精確的智能化控制，輸出控制量比傳統的電氣傳動控制要更加地準確。

3.2 單神經元自適應控制器在電氣傳動系統的應用

單神經元自適應控制器有自我學習的能力，但是沒有足夠的數據，神經網絡也無法學習到令人滿意的程度，因此企業在應用該項技術的時候，需要事先收集足夠的操作數據，滿足單神經元自學習的數據基礎，再配合生物學知識和物理學知識，在電氣傳動系統運作時，由單神經元自適應控制器對各種電氣設備做運行速度的調節，并在不斷的自適應中，計算達到有效控制電氣系統的工作強度。一般來說，單神經元自適應控制器主要應用在電氣傳動系統的優化設計和故障診斷方面，保證物盡其用，效果突出。

單神經元自適應控制器的特點保證了系統魯棒性的提高，因為其控制系統轉速、調節誤差的優點，使得單神經元相當于PID調節器，可以代替線性調節器的局限性，實現了系統動態性能的平穩飽和。

3.3 企業應用智能控制技術在電氣傳動系統的優點

首先，保證了企業生產的安全性。電氣傳動系統在傳統控制中需要人為的調節電源，一旦出現電路短路現象，會造成企業的人員傷亡和財產損失，而智能控制系統解決了這一問題；其次，保證了企業設備的生產效率。智能控制系統擁有了自動化控制系統的所有功能，并且做到了代替人腦的機械控制，最主要的是可以達到調整完善電氣傳動系統的目的，這是人力不能完成的；最后，降低了企業的生產成本：由于智能控制系統改變了電氣傳動系統的控制結構，在生產設備的簡化、操作步驟的精簡、參數調節的動態化、傳輸過程的準確化這幾個方面降低了企業的資金投入，節省的資金可以投入到更進一步的智能控制技術研發中。

3.4 智能控制系統與電氣傳動系統的不足和未來發展

智能控制技術在結構層面、學習算法上已經成型，如果隨意改動控制器硬件設備將會影響算法的運行和工作效率；部分智能控制系統的硬件設備需要高性能，否則難以帶動，影響了企業的生產效率，也在一定程度上增加了設備成本。未來智能控制系統應當朝著減少設備成本、增加算法耦合性的方向研發，這樣才可以為企業帶來工作效率的提高、人力成本的減少和企業競爭力的增加。

4 結束語

綜上所述，智能控制與傳統控制系統相比對提升電氣傳動系統運行的質量和效率具有突出的作用，不僅能夠實現對電氣傳動系統有效控制，還能夠降低人為操作環節，有效規避人為因素的風險。電力企業要深入了解電氣傳動系統和智能控制系統的基本概念，通過深入研究智能控制系統的主要控制方式，掌握智能控制在電氣傳動系統的有效應用方法，并在摸索應用過程中，不斷地發現問題、分析問題和解決問題，進而為智能控制技術在電氣傳動系統中的有效運用奠定堅實的技術基礎，為推動電力系統的可持續性發展提供創新型技術保障。