电气自动化控制中人工智能技术的应用

万浩

（中船重工第710研究所，湖北宜昌，443000）

0 前言

随着社会进步，经济发展，互联网+，大数据分析等新技术日新月异，突飞猛进，现代工业对于设备的自动化和智能化的需求越来越高，人工智能技术发展的风口也引起了越来越多的关注，其在电气自动化控制中的应用研究被日益重视。历史经验表明，任何技术的进步都是为了解决生产力的发展需求而出现，人工智能也不例外。人工智能技术通过对人类的各种模拟，提前在电脑机器中预先设置好操作程式，使其能够像人一样对图像、语音、标准、零件、程序等进行识别辨认及操作，实现一定程度上代替人来工作的目的。从而减少人力支出，降低生产成本，增加工作效率，可以满足不同形式下的生产需求，为企业创造更好的经济效益。同时，由于机器设备实现了电气化自动化智能控制，可以有效降低人工操作导致的企业安全风险。因此，人工智能技术已经成为企业设备电气自动化控制的趋势和应用主体，也是我国工业生产中的重要技术支撑。不断对人工智能技术进行变革和创新，充分发挥其技术优势，对电气自动化控制中人工智能技术的应用进行研究，具有一定意义。

1 人工智能技术的概念及特点

1.1 人工智能技术的概念

人工智能技术是计算机领域一种综合性学科的技术结合，它是信息技术和机械技术的综合产物，是数学，计算机科学，神经生理学甚至心理学等多个理论学科的融合。其技术实质是通过生物仿生模拟人工部分功能，使得机器人可以替代人类从事一些复杂性的工作，它对促进我国工业现代化进程具有极其重要的作用。

从二十世纪五十年代人工智能这一概念提出以来，人们对于人工智能的研究就不曾停歇，也成功应用到社会工业中的多个领域，取得了非常重要的成就，促进了人类生产生活的进步和提高，体现了该技术的应用价值。

与此同时，电气自动化控制系统自身的发展需求使人工智能技术与其相结合的控制应用越来越广泛，二者的技术融合逐步减少了人工消耗，极大地提高了设备系统的自动化程度和仿生精度，电气自动化成为人工智能技术的主要应用场景之一。

1.2 人工智能技术的特点

人工智能技术方兴未艾，已经在社会的各项生产生活中被广泛应用。作为在各个行业运用中受到人们普遍欢迎的的技术之一，自然有其优异的特点，其特点的多样性体现如下：

1.2.1 增强了可靠性

人工智能技术是一种综合性学科的技术结合，采用的都是相对成熟的互联网、数字信息系统、大数据技术，这些先进技术的融合能够有效的减少传统设备的参与，使得各项操作系统之间的配合更加方便快捷。同时中间环节的减少让操作更为简便直观，能够有效的增强系统稳定性，提高操控的可靠性，保证企业工业生产的安全和效率。

1.2.2 提高了性价比

现如今，各种方式的人工智能技术被广泛的应用在人们生产生活的方方面面，提高了工作效率，降低了生产成本，具有较高的社会价值。人工智能技术凭借着其技术先进性介入电气自动化的发展，提高了产品质量和生产效率。而随着对人工智能的研究深入，其应用推广的成本也会越来越低，更进一步的降低电气自动化的成本，在确保产品质量、生产技术的情况下提高了性价比。

1.2.3 完善了操作性

计算机技术是人工智能技术的学科基础，因此，人工智能技术的应用首先还是依靠计算机技术。不论是人工智能的操作使用还是自动运行，都是需要通过计算机操作指令的方式来进行。有些是本身就有的分析和判断能力,有些则必须通过互联网传输设备进行操控，实现人工智能控制的精准运算和控制。另外目前人工智能发展出的逻辑分析技术，通过自身的信息量计算，随时修正工作中的偏差，提高操作准确性。

2 电气自动化控制系统中人工智能技术的应用

目前，在电气自动化系统控制中，人工智能技术的使用范围广泛，参与度紧密，技术水平先进，功能实现丰富，体现出了其在电气控制领域中的应用价值。本文从人工智能技术在电气自动化设备、控制、日常操作、故障诊断和简化控制流程等方面阐述其应用。

2.1 在电气自动化设备中的应用

各种设备机器的设计过程是系统和复杂的，大多涉及到众多的系统和领域。除了基础的电子电路、电磁电气知识，还需要丰富的经验。相较于传统实验和手工操作，在电气自动化设备的设计阶段引入人工智能技术，借助计算机编写程序辅助设计，使得设计更加优化合理，实现智能化、自动化，确保稳定性、可靠性，满足了对于电气设备高质量的设计要求，提高了工业生产效率和质量。

另一方面，在设备的运行中，人工智能技术也有着较深入的参与。电气设备的自动化操作，减少了操作中的人为干预，替代了人工劳作的体力脑力劳动，有效减少因为人员操作原因导致的损失或安全事故。

2.2 在电气自动化控制中的应用

提高系统运行效率是电气自动化控制的重要目的，也是人工智能技术在这方面应用的主要作用。提高效率可以通过简化工作流程，避免设备故障，提高电气自动化水平，减少人为参与方式等实现，因此，控制程序是人工智能技术的关键。控制系统可以区别生产中的不同步骤，并据此发出相应的程序指令来实现人工智能控制。当前，较为普遍的控制方式有模糊控制、专家系统控制、神经网络控制等。

（1）模糊控制是人工智能技术领域目前最为简单的运用体系，它也是目前三种控制方法中采用最多的应用方式。所谓模糊控制，就是运用模糊语言变量、模糊推理等相关原理，辅助以一定的专家经验，采用计算机信息与指令来构建传输反馈通道，控制被控制对象，实现整个电气系统的控制过程。实际应用中，大多采用直流和交流传动来实现该技术在电气传动中的作用。传动控制应用主要使用的是Mamdani、Sugeno等软件，其中Mamdani软件是直流传动控制，用来调速。Sugeno软件则大多数情况下是被用于交流传动，它是Mamdani软件的一种例外，通过模糊控制器来实现人工智能技术的应用（见图1）。

图1 模糊控制系统功能

（2）专家系统控制，顾名思义，其理论基础来自于专家，汇聚了大量的专家知识和经验，以控制理论技术与专家系统理论相结合为手段，实现经验模拟下的人工智能技术。它存储了相关领域的专家知识，采用事先分析进行总结，最后根据不同的工作环境设定出某一种参数模式。在运行过程中系统要先处理得到的各种信息，然后通过存储的丰富知识经验推理，通过调整参数来适应不同的工作环境，继而做出相应的推断和决策。这种方法下得出的处理结果和专家分析的是基本一致的，也就是类似的起到了专家的作用，这种控制系统适应性好，灵活度高，可以有效提高运行的效率，极大地增强设备控制中的安全与稳定系数。

（3）网路神经控制，它采用对人类大脑神经元的活动进行模拟，来建立的一种神经控制模型。在这个模型中，将电气自动化设备的网络神经模拟成人类大脑的神经元，参照神经元的控制方式实现电气自动化设备的网络神经建模，进而实现对其的控制。在电气自动化的控制应用中，网络神经控制技术参与的也越来越多，其应用前景和价值也是今后人工智能技术在电气自动化控制中研究的方向之一。

2.3 在日常操作中的应用

电气自动化日常操作中的首要职责是保障系统的安全稳定运行，避免设备因为操作不当或失误出现问题或故障。电气操作步骤繁多复杂，流程规范要求严格，传统人工的操作复杂性的弊端使得电气操作故障率高。人工智能技术能够很大程度上简化日常操作步骤和过程，提高控制的自动化智能化程度，避免上述问题的产生，增强系统的安全稳定性。另外，人工智能还可以对日常操作数据进行记录收集分析，为系统处理和改进简化提供数据支撑。

2.4 在故障诊断中的应用

设备故障是电气设备领域中必然存在的问题，故障诊断是电气设备控制系统中重要的一环，自然的，如何减少故障率，出现故障时如何快速诊断及时修复也就成了人工智能技术与电气自动化控制相结合的研究方向。传统的电气设备故障诊断过程和方法较为繁琐复杂，需要花费时间较长，诊断准确率不高，尤其是一些构造结构复杂庞大的设备，不仅检修难度增大，还容易发生一定的危险。而人工智能技术可以对设备的运行状态、数据资料进行归集整理，并通过扫描、分析、检测以判断发生故障的部位和类型，极大地提高故障检出准确率，缩短故障维修时间，从而保障系统正常运行。此外，人工智能技术可以根据历史经验，对设备进行数据体检，检测故障征兆，实现在故障出现前对设备的维修保养，增加设备使用年限，减少设备磨损。

2.5 在简化自动化控制流程中的应用

在电气领域中，设备的自动化控制相比较来说是十分复杂的，其对于每个步骤的要求标准都比较高，如果有些环节不按标准流程操作，出现细小的疏忽纰漏，极有可能会造成或大或小的事故，甚至会出现安全事故。采用人工智能技术则可以将这种影响降到最低，借助计算机设备和技术，对电气设备的使用、维护、状态进行跟踪，提前设计好各种问题故障的处理方法，尽量保障电气自动化控制工作顺利完成，简化自动化控制的流程。

3 结语

社会发展的科技进步改变了人们的生产生活，而人工智能技术的出现和进步，更是加快了社会工业的现代化进程和创新变革。通过在电气自动化控制中应用人工智能技术，改变传统的电气控制模式，不仅实现了系统运行效率和精度的提高和优化，更反过来推动社会产业的发展和转型，体现出人工智能技术的巨大应用价值。而随着以后人工智能技术的进一步创新发展，笔者相信它在电气自动化控制系统方面会具有愈加广阔的应用前景，发挥更重要的作用。