人工智能在自動化控制中的應(yīng)用分析

李軍合，李曉燕

（阿克蘇地區(qū)中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，新疆 阿克蘇 843000）

早在1956 年，學(xué)術(shù)領(lǐng)域就有人提出了人工智能這一概念，并將其作為一門學(xué)科進行研究。相較傳統(tǒng)技術(shù)，人工智能屬于一種新興產(chǎn)物，其主要研究內(nèi)容就是對人的智能進行模擬與延伸。人工智能的出現(xiàn)改變了人們的思維與生活生產(chǎn)方式。隨著人工智能的發(fā)展，現(xiàn)階段在社會各領(lǐng)域已經(jīng)得到了普及與推廣，對于改善人們的生活與工作條件而言有著非常重大的影響。在自動化控制領(lǐng)域，人工智能具有很高的應(yīng)用價值。依托人工智能，可以提高自動化控制效率，改善控制效果，從而為推動行業(yè)發(fā)展提供有力的支持。鑒于此，本文圍繞人工智能在自動化控制中的應(yīng)用進行探索與研究。

1 人工智能概述

作文一門新興學(xué)科，人工智能兼具自然屬性與社會屬性。人工智能即AI 是一種根據(jù)人腦智慧地研究，將人類的知識和經(jīng)驗整合應(yīng)用到相應(yīng)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)，歸類為計算機研究的一門技術(shù)，可以簡單地理解為將人類的知識和經(jīng)驗教給機器，讓機器通過感知、思索來進行學(xué)習(xí)、再現(xiàn)甚至補充當(dāng)前人類知識所欠缺的部分。人工智能最初的模樣是以計算機的形式存在，后來隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能逐漸有了較為明確的發(fā)展方向，主要分為幾個方面：（1）科學(xué)研究方面的計算，比如，我國的超級計算機的發(fā)明與實現(xiàn)以及各種太空衛(wèi)星的應(yīng)用；（2）服務(wù)性研究的機器人，例如，當(dāng)前正被廣泛關(guān)注的家政型服務(wù)機器人和智能管家等；（3）問題模型的建立，例如，我國“嫦娥三號”的發(fā)射模擬以及各種情況的演算推理等；（4）算法的列舉，例如，計算機與國際棋手下棋時對步數(shù)的演算，以及在產(chǎn)品設(shè)計中對方案的列舉等；（5）程序的優(yōu)化與讀取，例如，港口自動運貨的貨車，系統(tǒng)會根據(jù)實際情況安排合適的線路進行卸貨，還有航空運輸中的控制臺對航空交通狀況的實時監(jiān)管以及交通管制；（6）語言的處理，比如，我們常用的智能翻譯，包括文字翻譯、語音翻譯，能夠?qū)崿F(xiàn)幾乎實時地翻譯；（7）智能檢索，例如，我們身邊乘坐飛機、火車、地鐵都會有的安檢機，提高安全檢查的效率；（8）對固定指令的重復(fù)執(zhí)行，例如，生產(chǎn)流水線上的各種器具，通過對單一指令進行反復(fù)地不間斷地執(zhí)行，將工作人員從單調(diào)乏味的工作中解放，提高生產(chǎn)效益；（9）機器視覺，比如，利用人類視覺的啟發(fā)，在機器人的視覺中運用的高能技術(shù)等；（10）生物醫(yī)學(xué)以及人工生命的研究，比如，由于器官衰竭病變導(dǎo)致的器官移植從而催生的人體生命科學(xué)的研究，人工心肺等都是實際的例子。

人工智能涉及的學(xué)科知識非常廣泛，例如，信息學(xué)、數(shù)學(xué)、哲學(xué)以及計算機科學(xué)等。在人工智能知識體系中，很多知識內(nèi)容具有較強的理論性，并且隨著人工智能的研究持續(xù)推進，其覆蓋的學(xué)科范圍也將不斷擴大，在自然語言處理、智能搜索、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳編程等領(lǐng)域都有所涉及。就本質(zhì)來講，人工智能就是在處理信息時對人的思維進行模擬。而實現(xiàn)這一目標(biāo)的途徑主要分為兩類：第一種為結(jié)構(gòu)模擬，即對人的大腦進行模擬并開發(fā)智能化的機器設(shè)備；第二種則是功能模擬，即對人腦的思維方式與功能進行模擬。

目前，在社會各領(lǐng)域，計算機技術(shù)的普及程度已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，在計算機編程領(lǐng)域，電子自動化控制也有著優(yōu)異的表現(xiàn)。而人工智能的功能模擬引入計算機中，可以幫助計算機采用人腦思維的方式來處理信息。眾所周知，人腦的精密度非常高，人的智能是遠(yuǎn)勝于人工智能的，后者僅僅屬于機器思維，并且局限于對人腦的模仿。因此，就思維層面而言，人類與機器是有著本質(zhì)區(qū)別的，人工智能并不具有自主意識的功能。

2 電氣自動化控制現(xiàn)狀

作為一門提高工業(yè)生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)技術(shù)，電氣自動化技術(shù)是與現(xiàn)代計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、電子工藝技術(shù)相結(jié)合的一門全新的工藝，它與現(xiàn)代社會生產(chǎn)制造息息相關(guān)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及軍事領(lǐng)域，電氣自動化控制專注于提高社會生產(chǎn)效率，提高社會生產(chǎn)價值，節(jié)約勞動成本，釋放更多的勞動力。自動化控制是利用機器替代人工操作從而實現(xiàn)節(jié)約人力成本的目的，并且相較傳統(tǒng)的人工操作，自動化控制有著更高的準(zhǔn)確性和規(guī)則性，可以長期持續(xù)高負(fù)荷地運作，從上天下海的運載器具到小巧精致的控制開關(guān)，自動化控制都在其中發(fā)揮著重要的作用。作為實現(xiàn)工業(yè)自動化的重要途徑，自動化控制技術(shù)由于可應(yīng)用范圍廣、見效快，所以在現(xiàn)代社會生產(chǎn)和生活中都有廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。

電氣自動化控制有呈分布式的控制系統(tǒng)，這是一種現(xiàn)代化的高效的計算機控制系統(tǒng)，相比傳統(tǒng)的控制性，其控制的時效性得到了極大的提高，是基于集中式控制系統(tǒng)發(fā)展進化而來的，具有實時性、可靠性高等優(yōu)點，但其DCS 仍然使用的是傳統(tǒng)的儀表，這導(dǎo)致了系統(tǒng)的可靠性較低，在具體的使用過程中要不方便維護，且成本較高，不利于進一步推廣和普及。電氣自動化控制的標(biāo)準(zhǔn)語言采用的是Windows NT 和IE，由于其簡單、標(biāo)準(zhǔn)的語言規(guī)范也使得電氣自動化地控制具有靈活多變、易于管理和維護的優(yōu)勢。而其擁有集中監(jiān)控方式的自動控制系統(tǒng)也與眾不同，它是把全部的功能都集中在了一個中央處理器中，不過，這么做犧牲了整機的運行速度來實現(xiàn)了管理的方便，并且在實際的監(jiān)視中也提高了監(jiān)視的難度，反過來增加了運營成本。

3 人工智能控制的優(yōu)點

不同于傳統(tǒng)的人工操作，人工智能和人類的思維方式有著本質(zhì)上的不同，但是人工智能本身也分為很多種，采用不同的人工智能控制需要用不同的方法，人工智能控制類似一種非線性函數(shù)近似器，它的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及遺傳算法上近似于一致，這種基本一致的分類也使得人工智能的全局性理解得到了促進，方便對實際控制制定統(tǒng)一的開發(fā)策略。而且人工智能控制比傳統(tǒng)的人力控制更加方便，主要體現(xiàn)在幾個方面。人工智能控制在設(shè)計時可以不考慮被控制的對象，在應(yīng)用中被控制的對象永遠(yuǎn)處于一種變化的過程中，因此，在設(shè)計時無法考慮所有的不確定因素，包括線性變化和非線性變化。而人工智能可以通過控制相應(yīng)時間、下降時間等因素來強化自身的性能。同時，人工智能在對古典的控制器方面能夠做到更加準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)，可以直接利用對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息和語言就能夠進行設(shè)計，具有較好的一致性，同時，還具有不涉及驅(qū)動器的優(yōu)點。

對于人工智能控制的實現(xiàn)效果，需要從多個方面加以考慮，在電氣自動化控制的數(shù)據(jù)收集和處理中，就需要對所有開關(guān)量以及模擬量進行實時的收集整理，還要按照一定的要求進行存儲和刪除。在畫面的現(xiàn)實中，以為模擬的畫面與實際情況的可能有較大差距，因此，在一次設(shè)備和系統(tǒng)的運行中，需要將電流和電壓等各種參數(shù)即時顯示出來，比如，計算量、隔離開關(guān)以及斷路器等。通過對以上數(shù)據(jù)進行詳細(xì)的分析，可以掌握開關(guān)的狀態(tài)，進而實現(xiàn)掛牌檢修的功能。在人工智能設(shè)備的運轉(zhuǎn)中，同樣需要對相關(guān)的數(shù)據(jù)進行實時的監(jiān)控，強化對主要設(shè)備的模擬量數(shù)值以及開關(guān)量的動態(tài)監(jiān)測，一旦發(fā)生緊急情況，就可以基于警報，同時做到順序記錄、聲光和語言等多種警報形式。

4 人工智能在電氣自動化中的應(yīng)用

4.1 人工智能在設(shè)計優(yōu)化方面的應(yīng)用

電氣設(shè)備的設(shè)計是一項復(fù)雜的工作，其需要依托大量的經(jīng)驗、理論知識，還需要對機電、電磁場、電路等應(yīng)用有一定的認(rèn)識，相比傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計，計算機輔助設(shè)計已經(jīng)成為電氣產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵，而為了獲得更好的設(shè)計方案，將人工智能應(yīng)用到傳統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計中，改進傳統(tǒng)的計算機技術(shù)，可以使產(chǎn)品的設(shè)計效率與成品質(zhì)量得到顯著的提高，同時極大地縮短了設(shè)計周期。將人工智能技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計優(yōu)化上，主要分為專家系統(tǒng)和遺傳算法兩種應(yīng)用手段，而電器產(chǎn)品的人工智能控制生產(chǎn)通常采用的是遺傳算法，由于遺傳算法更加適用于產(chǎn)品的設(shè)計與優(yōu)化，所以相比專家系統(tǒng)要更先進。

4.2 人工智能應(yīng)用于故障排查中

人工智能技術(shù)的模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)以及專家系統(tǒng)等被廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備的故障診斷與故障排查中，尤其是對于發(fā)電機和電動機的故障處理、變壓器的故障排查有著廣泛的應(yīng)用。其對于設(shè)備故障診斷的有著極高的適用性，傳統(tǒng)的設(shè)備故障具有復(fù)雜性、非線性以及不確定性等難點，因此，一般的診斷方式難以解決問題，導(dǎo)致診斷效率一直不高。而將人工智能應(yīng)用到故障的診斷中能夠有效提高診斷率，模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家系統(tǒng)人工智能在故障診斷中主要采用集中診斷方式。比如，對于發(fā)動機和電動機的故障診斷，人工智能化診斷能夠通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊理論，做到較強的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和故障診斷知識模糊性共同診斷，從而提高故障診斷的準(zhǔn)確性和診斷效果。

4.3 人工智能應(yīng)用于電氣設(shè)備的設(shè)計中

電氣自動化專業(yè)中的電子電力技術(shù)、電機、電磁場、電路、變壓器等多種技術(shù)學(xué)科都在電氣設(shè)備的設(shè)計中有所應(yīng)用，但這一過程較為復(fù)雜且需要投入大量的人力、財力，對于設(shè)計者的理論知識和相關(guān)工作經(jīng)驗要求也極為苛刻。但是，如果將人工智能技術(shù)應(yīng)用到電氣設(shè)備的設(shè)計中，就能夠極大地提高設(shè)計的精確度和工作效率，將大量的人腦處理的模擬和演算通過系統(tǒng)加以實現(xiàn)。而優(yōu)化設(shè)計前面提到了主要采用的是遺傳算法，而專家系統(tǒng)更多地應(yīng)用到開發(fā)性設(shè)計中，因此，在具體的應(yīng)用中要根據(jù)不同的工作情況和工作目標(biāo)來采用不同的算法，從而提高工作質(zhì)量和設(shè)計效率，并且除了傳統(tǒng)的專業(yè)知識和實際工作經(jīng)驗外，對于從業(yè)人員還需要具備豐富的人工智能應(yīng)用使用經(jīng)驗和較強的適應(yīng)能力。

4.4 人工智能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

人工智能中的啟發(fā)式搜索、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家系統(tǒng)這幾樣技術(shù)被應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。其中，專家系統(tǒng)負(fù)責(zé)模擬演算專家的決策過程，通過特定領(lǐng)域的專家的知識和技術(shù)經(jīng)驗進行演化推理，從而做到和專業(yè)專家一樣地決斷思維。專家系統(tǒng)主要有專家知識、專家數(shù)據(jù)庫、推力機以及咨詢解釋、人機接口和專家知識獲取等六項構(gòu)成，可以對通常需要專家們聚集進行商議決策的疑難問題進行處理，是將專家經(jīng)驗和專業(yè)技術(shù)知識、復(fù)雜的行業(yè)規(guī)則集于一身的處理系統(tǒng)。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于具備對復(fù)雜狀態(tài)的分類能力、能夠有效地識別復(fù)雜的狀況，因而在電力系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在大規(guī)模的信息集中處理中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的完全分布式存儲方式和靈活的學(xué)習(xí)方式有助于問題的解決。模擬邏輯則能夠通過對負(fù)荷變化和生產(chǎn)電力等因素建立求屬函數(shù)，從而實現(xiàn)高難度的高等數(shù)學(xué)計算，為電力系統(tǒng)的設(shè)計提供最優(yōu)化潮流的模型。模糊理論則被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的具體規(guī)劃、潮流模型的計算和模糊控制等領(lǐng)域。

4.5 人工智能在電氣控制中的應(yīng)用

電氣控制自動化的效率，提高電氣系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的效率和水平需要從增強交換、分配、生產(chǎn)、流通的關(guān)鍵環(huán)節(jié)推行電氣自動化控制，這樣有助于節(jié)約成本、減少投入、提高產(chǎn)值、精簡流程。人工智能技術(shù)中的專家系統(tǒng)、模糊控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)3 種控制技術(shù)在電氣設(shè)備控制中起著重要作用，其中模糊控制由于其特點與實際電氣生產(chǎn)關(guān)聯(lián)最為密切。

5 結(jié)語

綜上所述，人工智能的研發(fā)主要是通過對人腦智能的模擬與拓展來完成復(fù)雜的工序，從而減少人力、物力、財力的投入，提高電氣企業(yè)生產(chǎn)的效率，電氣自動化的研究是電氣工程相關(guān)的運行系統(tǒng)，只有充分理解和掌握電氣設(shè)備的運作，進行合理的人工智能化應(yīng)用，才能夠在電氣生產(chǎn)控制中達(dá)到理想的效果，提高設(shè)備的使用效率，推動產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。