主頁 > 技術文章 > 淺談人工智能在工業自動化控制中作用 2022-04-05

淺談人工智能在工業自動化控制中作用

概況：職業教育以服務為宗旨，以就業為導向。為了培養更加符合就業崗位需求的高技能應用型人才，近年來，高職教育教學改革如火如荼地展開，更是不斷推動著專業建設與教學改革向縱深發展。各大專院校把電氣自動化專業作為重點建設專業群支撐專業，在推行“校企共育、產學研結合”人才培養模式的過程中，積極組織學生參加省內外各類職業技能大賽；并以此為借鑒，在課程體系與教學內容重組、教學方法與手段改革、師資培養和實訓基地建等方面，都融進了大賽因素。實踐證明，職業技能大賽對人才培養環節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“機器”所表現出來的智能。電氣自動化是研究與電氣工程有關的系統運行、自動控制、電力電子技術、信息處理、試驗分析、研制開發以及電子與計算機應用等領域的一門學科。電氣自動化控制是增強生產、流通、交換、分配等關鍵一環。
　　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“機器”所表現出來的智能。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、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學人工智能是計算機科學的一個分支，它企圖了解智能的實質，并生產出一種新的能以人類智能相似的方式作出反應的智能機器。該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等。電氣自動化是研究與電氣工程有關的系統運行、自動控制、電力電子技術、信息處理、試驗分析、研制開發以及電子與計算機應用等領域的一門學科。實現自動化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運作的效率。
1、人工智能應用理論分析：
　　人工智能(Artificial Intelligence),英文縮寫為AI。它是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能是門邊沿學科，屬于自然科學和社會科學的交叉。涉及哲學和認知科學、數學、心理學、計算機科學、控制論、不定性論，其研究范疇為自然語言處理，知識表現，智能搜索，推理，規劃，機器學習，知識獲取，感知問題，模式識別，邏輯程序設計，軟計算，不精確和不確定的管理，人工生命，神經網絡，復雜系統，遺傳算法等，應用于智能控制，機器人學，語言和圖像理解，遺傳編程。
　　當今社會，計算機技術已經滲透到生產和生活的方方面面，計算機編程技術的日新月異催生自動化生產、運輸、傳播的快速發展。人腦是最精密的機器，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能將是實現自動化的主要途徑。電氣自動化控制是增強生產、流通、交換、分配等關鍵一環，實現自動化，就等于減少了人力資本投入，并提高了運作的效率。
2、人工智能控制器的優勢：
　　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、模糊、模糊神經以及遺傳算法都可看成一類非線性函數近似器。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一開發。這些AI函數近似器比常規的函數估計器具有更多的優勢，這些優勢如下
　　（1）它們的設計不需要控制對象的模型（在許多場合，很難得到實際控制對象的精確動態方程，實際控制對象的模型在控制器設計時往往有很多不確實性因素。例如:參數變化，非線性時，往往不知道。)
　　（2）通過適當調整（根據響應時間、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節容易。
　　 (4)在沒有必須專家知識時，通過響應數據也能設計它們。
　　 (5)運用語言和響應信息可能設計它們。論文格式，自動化控制。。
　　 (6)它們有相當好的一致性(當使用一些新的未知輸入數據就能得到好的估計)，與驅動器的特性無關。工業自動化控制。現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計。
3、人工智能的應用現狀：
　　 (1)優化設計電氣設備的設計是一項復雜的工作，它不僅要應用電路、電磁場、電機電器等學科的知識，還要大量運用設計中的經驗性知識。傳統的產品設計是采用簡單的實驗手段和根據經驗用手工的方式進行的。因此，很難獲得最優方案。隨著計算機技術的發展，電氣產品的設計從手工逐漸轉向計算機輔助設計(CAD)，大大縮短了產品開發周期。人工智能的引進，使傳統的CAD技術如虎添翼，產品設計的效率及質量得到全面提高。
　　用于優化設計的人工智能技術主要有遺傳算法和專家系統。遺傳算法是一種比較先進的優化算法，非常適合于產品優化設計，因此電氣產品人工智能優化設計大部分采用此種方法或其改進方法。
　　（2）智能控制的功能實現
　　 ①數據采集與處理：對所有開關量、模擬量的實時采集，并能按要求處理或存貯。
　　 ②畫面顯示：模擬畫面真實顯示一次設備和系統的運行狀態，可實時顯示電流、電壓等所有模擬量、計算量、隔離開關、斷路器等實際開關狀態及掛牌檢修功能，能生成歷史趨勢圖。
　　 ③運行監視：具有對各主要設備的模擬量數值、開關量狀態的實時智能監視，有事故報警越限和狀態變化事件報警，事件順序記錄、聲光、語音、電話圖象報警。
　　 ④操作控制：通過鍵盤或鼠標實現對斷路器及電動隔離開關的控制，勵磁電流的調整。按順控程序進行同期并網帶負荷或停機操作。系統對運行人員的操作權限加以限制，以適應各級運行值班管理。
　　 ⑤故障錄波:模擬量故障錄波，波形捕捉，開關量變位，順序記錄等（包括主要輔機)。論文格式，自動化控制。。
　　 ⑥在線分析：不對稱運行分析、負序量計算等。
　　 ⑦在線參數設定及修改：保護定值包括軟壓板的投退。
　　 ⑧運行管理:操作票專家系統，運行日志，報表的生成及存儲或打印，運行曲線等。
　　人工智能控制技術在自動控制領域的研究與應用已廣泛展開，但在電氣自動化設備控制領域所見報道不多。可用于控制的人工智能方法主要有3種:模糊控制、神經網絡控制、專家系統控制。
4、恒壓供水案例簡析：
　　恒壓供水在工業和民用供水系統中已普遍使用，由于系統的負荷變化的不確定性，采用傳統的PID算法實現壓力控制的動態特性指標很難收到理想的效果。在恒壓供水自動化控制系統的設計初期曾采用多種進口的調節器，系統的動態特性指標總是不穩定，通過實際應用中的對比發現，應用模糊控制理論形成的控制方案在恒壓系統中有較好的效果。在實施過程中選用了AI 一808人工智能調節器作為主控制器，結合FXIN PLC邏輯控制功能很好地實現了水廠的全自動化恒壓供水。對于單獨采用PLC實現壓力和邏輯控制方案，由于PLC的運算能力不足編寫一個完善的模糊控制算法比較困難，而且參數的調整也比較麻煩，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用，也是電氣元件生產供給的一個方向，實現機械智能化是我們努力的追求，將人工智能的先進的最新成果應用于電氣自動化控制的實踐是一個誘人的課題。
5、結語：
　　人工智能研究的一個主要目標是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能完成的復雜的工作，電氣自動化是研究與電氣工程有關的系統運行。人工智能主要包括感知能力、思維能力和行為能力，人工智能的應用體現在問題求解，邏輯推理與定理證明，自然語言理解，自動程序設計，專家系統，機器人學等方面。而這諸多方面都體現了一個自動化的特征，表達了一個共同的主題，即提高機械的人類意識能力，強化控制自動化。因此人工智能在電氣自動化領域將會大有作為，電氣自動化控制也需要人工智能的參與。

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