电气自动化控制中的人工智能技术探讨

　　当今社会，计算机技术已经渗透到生产生活的方方面面，计算机编程技术的日新月异催生自动化生产、运输、传播的快速发展。人脑是最精密的机器，编程也不过是简单的模仿人脑的收集、分析、交换、处理、回馈，所以模仿模拟人脑的机能将是实现自动化的主要途径。电气自动化控制是增强生产、流通、交换、分配等的关键一环，实现自动化，就等于减少了人力资本投入，并提高了运作的效率。随着信息技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，这对自动控制技术提出全新的挑战，促进了智能科技理论在控制技术中的应用，以解决用传统的方法难以解决的复杂系统的控制问题。

　　人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。随着电气设计的发展，传统的方法有时很难适应。在此背景下，人工智能技术被引入电气设备的优化设计过程中，并取得了一些成功经验。文章在总结人工智能在电气设备领域取得成果的基础上，对具体应用提出一些看法与策略。

　　1 人工智能应用理论分析

　　人工智能(Artificial Intelligence)，英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。

　　当今社会，计算机技术已经渗透到生产生活的方方面面，计算机编程技术的日新月异催生自动化生产，运输，传播的快速发展。人脑是最精密的机器，编程也不过是简单的模仿人脑的收集、分析、交换、处理、回馈，所以模仿模拟人脑的机能将是实现自动化的主要途径。电气自动化控制是增强生产、流通、交换、分配等关键一环，实现自动化，就等于减少了人力资本投入，并提高了运作的效率。比如说，超高压输电设备，如果没有稳定可靠的自动化控制系统来运行，单靠人来直接控制，不但影响效率而且会造成诸如人身伤亡，供电调配不均，资源浪费等问题。中国制造早已名声在外，但中国生产线的自动化水平却非常低，生产效率不高。中国是以大量劳动力廉价输出而换取的经济总量，并没有达到较发达国家的经济质量。人工智能应用于电气自动化控制领域，就是打造具有人的一部份判断能力、处理能力的电气控制系统，提高生产能力，支持产业结构的调整和优化。

　　2 人工智能控制器的优势

　　(1)它们的设计不需要控制对象的模型(在许多场合，很难得到实际控制对象的精确动态方程，实际控制对象的模型在控制器设计时往往有很多不确实性因素，例如：参数变化，非线性时，往往不知道)。

　　(2)通过适当调整(根据响应时间、下降时间、鲁棒性能等)它们能提高性能。例如：模糊逻辑控制器的上升时间比最优PID控制器快1.5倍，下降时间快3.5倍，过冲更小。

　　(3)它们比古典控制器的调节容易。

　　(4)在没有必须专家知识时，通过响应数据也能设计它们。

　　(5)运用语言和响应信息可能设计它们。

　　(6)它们有相当好的一致性(当使用一些新的未知输入数据就能得到好的估计)，与驱动器的特性无关。现在没有使用人工智能的控制算法对特定对象控制效果十分好，但对其他控制对象效果就不会一致性地好，因此对具体对象必须具体设计。

　　(7)它们对新数据或新信息具有很好的适应性。

　　(8)它们能解决常规方法不能解决的问题。

　　(9)它们具有很好的抗噪声干扰能力。

　　(10)它们的实现十分便宜，特别是使用最小配置时。

　　(11)它们很容易扩展和修改。

　　总而言之，当采用自适应模糊神经控制器，规则库和隶属函数在模糊化和反模糊化过程中能够自动地实时确定。有很多方法来实现这个过程，但主要的目标是使用系统技术实现稳定的解，并且找到最简单的拓朴结构配置，自学习迅速，收敛快速。

　　3 人工智能的应用现状

　　3.1 优化设计

　　电气设备的设计是一项复杂的工作，它不仅要应用电路、电磁场、电机电器等学科的知识，还要大量运用设计中的经验性知识。传统的产品设计是采用简单的实验手段和根据经验用手工的方式进行的，因此很难获得最优方案。随着计算机技术的发展，电气产品的设计从手工逐渐转向计算机辅助设计(CAD)，大大缩短了产品开发周期。人工智能的引进，使传统的CAD技术如虎添翼，产品设计的效率及质量得到全面提高。

　　用于优化设计的人工智能技术主要有遗传算法和专家系统。遗传算法是一种比较先进的优化算法，非常适合于产品优化设计。因此电气产品人工智能优化设计大部分采用此种方法或其改进方法。

　　优化设计的另一个有力武器是专家系统。但从目前已开发的专家系统来看，总体上仍处于研究阶段，离实用尚有一定距离。将专家系统应用到电机设计领域是从1988年建立变压器设计专家系统开始的，目前我国沈阳工业大学特种电机研究所研制了永磁直流电动机及永磁同步电动机的设计专家系统;西安交通大学、华中理工大学、东南大学各自开发了异步电动机的设计专家系统，都取得了一定成效。在电器设计方面，河北工业大学做了一些有益的尝试，他们将CAD技术与专家系统相结合，开发了电磁继电器CAD专家系统。该系统由三部分组成：最初设计、优化设计及零件结构设计。使用时只要输入继电器的参数，专家系统便按要求自动设计出电磁系统的结构尺寸、线圈匝数、触头材料等并可绘出特性曲线和结构图。除了以上用遗传算法与专家系统对电气设备进行优化设计的方法外，还有用模糊逻辑及神经网络实现的设计方法。

　　3.2 故障诊断

　　电气设备的故障与其征兆之间的关系错综复杂，具有不确定性及非线性，用人工智能方法恰好能发挥其优势。已用于电气设备故障诊断的人工智能技术有：模糊逻辑、专家系统、神经网络。

　　变压器由于在电力系统中的特殊地位而备受关注，有关方面的研究论文较多。目前对变压器进行故障诊断最常用的方法是对变压器油中分解的气体进行分析，从而判断变压器的故障程度。

　　人工智能故障诊断技术在发电机及电动机方面的研究工作也较为活跃。

　　3.3 智能控制

　　人工智能控制技术在自动控制领域的研究与应用已广泛展开，但在电气设备控制领域所见报道不多。可用于控制的人工智能方法主要有三种：模糊控制、神经网络控制、专家系统控制。由于模糊控制是其中最为简单、最具实际意义的方法，因而它的应用实例最多。

　　4 结束语

　　人类智能主要包括三个方面，即感知能力，思维能力，行为能力。而人工智能是指由人类制造出来的“机器”所表现出来的智能。人工智能主要包括感知能力、思维能力和行为能力。人工智能的应用体现在问题求解，逻辑推理与定理证明，自然语言理解，自动程序设计，专家系统，机器人学等方面，而这诸多方面都体现了一个自动化的特征，表达了一个共同的主题，即提高机械人类意识能力，强化控制自动化，因此人工智能在电气自动化领域将会大有作为，电气自动化控制也需要人工智能的参与。

　　作者：谭观秀 来源：科技创新与应用 2016年15期