主頁 > 技術(shù)文章 > 淺談人工智能在工業(yè)自動化控制中作用 2024-10-23

淺談人工智能在工業(yè)自動化控制中作用

概況：職業(yè)教育以服務(wù)為宗旨，以就業(yè)為導(dǎo)向。為了培養(yǎng)更加符合就業(yè)崗位需求的高技能應(yīng)用型人才，近年來，高職教育教學(xué)改革如火如荼地展開，更是不斷推動著專業(yè)建設(shè)與教學(xué)改革向縱深發(fā)展。各大專院校把電氣自動化專業(yè)作為重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)群支撐專業(yè)，在推行“校企共育、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合”人才培養(yǎng)模式的過程中，積極組織學(xué)生參加省內(nèi)外各類職業(yè)技能大賽；并以此為借鑒，在課程體系與教學(xué)內(nèi)容重組、教學(xué)方法與手段改革、師資培養(yǎng)和實(shí)訓(xùn)基地建等方面，都融進(jìn)了大賽因素。實(shí)踐證明，職業(yè)技能大賽對人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)的各層面都起到了積極的推動作用。

而人工智能是指由人類制造出來的“機(jī)器”所表現(xiàn)出來的智能。電氣自動化是研究與電氣工程有關(guān)的系統(tǒng)運(yùn)行、自動控制、電力電子技術(shù)、信息處理、試驗(yàn)分析、研制開發(fā)以及電子與計算機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域的一門學(xué)科。電氣自動化控制是增強(qiáng)生產(chǎn)、流通、交換、分配等關(guān)鍵一環(huán)。
　　人類智能主要要包括三個力面，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(jī)器”所表現(xiàn)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。人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)人工智能是計算機(jī)科學(xué)的一個分支，它企圖了解智能的實(shí)質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式作出反應(yīng)的智能機(jī)器。該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。電氣自動化是研究與電氣工程有關(guān)的系統(tǒng)運(yùn)行、自動控制、電力電子技術(shù)、信息處理、試驗(yàn)分析、研制開發(fā)以及電子與計算機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域的一門學(xué)科。實(shí)現(xiàn)自動化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運(yùn)作的效率。
1、人工智能應(yīng)用理論分析：
　　人工智能(Artificial Intelligence),英文縮寫為AI。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能是門邊沿學(xué)科，屬于自然科學(xué)和社會科學(xué)的交叉。涉及哲學(xué)和認(rèn)知科學(xué)、數(shù)學(xué)、心理學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、控制論、不定性論，其研究范疇為自然語言處理，知識表現(xiàn)，智能搜索，推理，規(guī)劃，機(jī)器學(xué)習(xí)，知識獲取，感知問題，模式識別，邏輯程序設(shè)計，軟計算，不精確和不確定的管理，人工生命，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，復(fù)雜系統(tǒng)，遺傳算法等，應(yīng)用于智能控制，機(jī)器人學(xué)，語言和圖像理解，遺傳編程。
　　當(dāng)今社會，計算機(jī)技術(shù)已經(jīng)滲透到生產(chǎn)和生活的方方面面，計算機(jī)編程技術(shù)的日新月異催生自動化生產(chǎn)、運(yùn)輸、傳播的快速發(fā)展。人腦是最精密的機(jī)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(jī)能將是實(shí)現(xiàn)自動化的主要途徑。電氣自動化控制是增強(qiáng)生產(chǎn)、流通、交換、分配等關(guān)鍵一環(huán)，實(shí)現(xiàn)自動化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運(yùn)作的效率。
2、人工智能控制器的優(yōu)勢：
　　不同的人工智能控制通常用完全不同的方法去討論。但AI控制器例如:神經(jīng)、模糊、模糊神經(jīng)以及遺傳算法都可看成一類非線性函數(shù)近似器。這樣的分類就能得到較好的總體理解，也有利于控制策略的統(tǒng)一開發(fā)。這些AI函數(shù)近似器比常規(guī)的函數(shù)估計器具有更多的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢如下
　　（1）它們的設(shè)計不需要控制對象的模型（在許多場合，很難得到實(shí)際控制對象的精確動態(tài)方程，實(shí)際控制對象的模型在控制器設(shè)計時往往有很多不確實(shí)性因素。例如:參數(shù)變化，非線性時，往往不知道。)
　　（2）通過適當(dāng)調(diào)整（根據(jù)響應(yīng)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(yōu)PID控制器快1.5倍，下降時間快3.5倍。
　　 (3)它們比古典控制器的調(diào)節(jié)容易。
　　 (4)在沒有必須專家知識時，通過響應(yīng)數(shù)據(jù)也能設(shè)計它們。
　　 (5)運(yùn)用語言和響應(yīng)信息可能設(shè)計它們。論文格式，自動化控制。。
　　 (6)它們有相當(dāng)好的一致性(當(dāng)使用一些新的未知輸入數(shù)據(jù)就能得到好的估計)，與驅(qū)動器的特性無關(guān)。工業(yè)自動化控制�，F(xiàn)在沒有使用人工智能的控制算法對特定對象控制效果非常好，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(shè)計。
3、人工智能的應(yīng)用現(xiàn)狀：
　　 (1)優(yōu)化設(shè)計電氣設(shè)備的設(shè)計是一項復(fù)雜的工作，它不僅要應(yīng)用電路、電磁場、電機(jī)電器等學(xué)科的知識，還要大量運(yùn)用設(shè)計中的經(jīng)驗(yàn)性知識。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計是采用簡單的實(shí)驗(yàn)手段和根據(jù)經(jīng)驗(yàn)用手工的方式進(jìn)行的。因此，很難獲得最優(yōu)方案。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電氣產(chǎn)品的設(shè)計從手工逐漸轉(zhuǎn)向計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。人工智能的引進(jìn)，使傳統(tǒng)的CAD技術(shù)如虎添翼，產(chǎn)品設(shè)計的效率及質(zhì)量得到全面提高。
　　用于優(yōu)化設(shè)計的人工智能技術(shù)主要有遺傳算法和專家系統(tǒng)。遺傳算法是一種比較先進(jìn)的優(yōu)化算法，非常適合于產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計，因此電氣產(chǎn)品人工智能優(yōu)化設(shè)計大部分采用此種方法或其改進(jìn)方法。
　　（2）智能控制的功能實(shí)現(xiàn)
　　 ①數(shù)據(jù)采集與處理：對所有開關(guān)量、模擬量的實(shí)時采集，并能按要求處理或存貯。
　　 ②畫面顯示：模擬畫面真實(shí)顯示一次設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，可實(shí)時顯示電流、電壓等所有模擬量、計算量、隔離開關(guān)、斷路器等實(shí)際開關(guān)狀態(tài)及掛牌檢修功能，能生成歷史趨勢圖。
　　 ③運(yùn)行監(jiān)視：具有對各主要設(shè)備的模擬量數(shù)值、開關(guān)量狀態(tài)的實(shí)時智能監(jiān)視，有事故報警越限和狀態(tài)變化事件報警，事件順序記錄、聲光、語音、電話圖象報警。
　　 ④操作控制：通過鍵盤或鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)對斷路器及電動隔離開關(guān)的控制，勵磁電流的調(diào)整。按順控程序進(jìn)行同期并網(wǎng)帶負(fù)荷或停機(jī)操作。系統(tǒng)對運(yùn)行人員的操作權(quán)限加以限制，以適應(yīng)各級運(yùn)行值班管理。
　　 ⑤故障錄波:模擬量故障錄波，波形捕捉，開關(guān)量變位，順序記錄等（包括主要輔機(jī))。論文格式，自動化控制。。
　　 ⑥在線分析：不對稱運(yùn)行分析、負(fù)序量計算等。
　　 ⑦在線參數(shù)設(shè)定及修改：保護(hù)定值包括軟壓板的投退。
　　 ⑧運(yùn)行管理:操作票專家系統(tǒng)，運(yùn)行日志，報表的生成及存儲或打印，運(yùn)行曲線等。
　　人工智能控制技術(shù)在自動控制領(lǐng)域的研究與應(yīng)用已廣泛展開，但在電氣自動化設(shè)備控制領(lǐng)域所見報道不多�？捎糜诳刂频娜斯ぶ悄芊椒ㄖ饕�3種:模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家系統(tǒng)控制。
4、恒壓供水案例簡析：
　　恒壓供水在工業(yè)和民用供水系統(tǒng)中已普遍使用，由于系統(tǒng)的負(fù)荷變化的不確定性，采用傳統(tǒng)的PID算法實(shí)現(xiàn)壓力控制的動態(tài)特性指標(biāo)很難收到理想的效果。在恒壓供水自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計初期曾采用多種進(jìn)口的調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)的動態(tài)特性指標(biāo)總是不穩(wěn)定，通過實(shí)際應(yīng)用中的對比發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用模糊控制理論形成的控制方案在恒壓系統(tǒng)中有較好的效果。在實(shí)施過程中選用了AI 一808人工智能調(diào)節(jié)器作為主控制器，結(jié)合FXIN PLC邏輯控制功能很好地實(shí)現(xiàn)了水廠的全自動化恒壓供水。對于單獨(dú)采用PLC實(shí)現(xiàn)壓力和邏輯控制方案，由于PLC的運(yùn)算能力不足編寫一個完善的模糊控制算法比較困難，而且參數(shù)的調(diào)整也比較麻煩，所以所提出的方案具有較高的性價比。
　　本案例中只是一個人工智能在電氣自動化中的一個小小的應(yīng)用，也是電氣元件生產(chǎn)供給的一個方向，實(shí)現(xiàn)機(jī)械智能化是我們努力的追求，將人工智能的先進(jìn)的最新成果應(yīng)用于電氣自動化控制的實(shí)踐是一個誘人的課題。
5、結(jié)語：
　　人工智能研究的一個主要目標(biāo)是使機(jī)器能夠勝任一些通常需要人類智能完成的復(fù)雜的工作，電氣自動化是研究與電氣工程有關(guān)的系統(tǒng)運(yùn)行。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(yīng)用體現(xiàn)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(shè)計，專家系統(tǒng)，機(jī)器人學(xué)等方面。而這諸多方面都體現(xiàn)了一個自動化的特征，表達(dá)了一個共同的主題，即提高機(jī)械的人類意識能力，強(qiáng)化控制自動化。因此人工智能在電氣自動化領(lǐng)域?qū)笥凶鳛椋姎庾詣踊刂埔残枰斯ぶ悄艿膮⑴c。

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