【正文】 人工智能在電氣傳動(dòng)中運(yùn)用的進(jìn)展 人工智能控制技術(shù)一直沒能取代古典控制方法。 當(dāng)然系統(tǒng)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，它不僅具備基本邏輯控制功能，還具有聯(lián)網(wǎng)通信功能和管理功能等。我們就已完成的設(shè)備電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試及使用情況作一下說明：針對(duì)實(shí)驗(yàn)室的要求：要求電氣系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，感溫精確度高，維護(hù)方便壽命長(zhǎng)，并能聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行管理。早期的中央空調(diào)控制器多為就地式專用控制器和 DDC控制器，它們具有控制功能簡(jiǎn)單、不易聯(lián)網(wǎng)及信息集成度不高等缺點(diǎn)。其中備用泵循環(huán)輪換，提高設(shè)備的保養(yǎng)率。 軟件設(shè)計(jì) 制冷系統(tǒng)的啟動(dòng) /停止是用于制冷系統(tǒng)的手動(dòng)啟動(dòng) /停止控制。主機(jī)： SU－ 5/B；輸入模塊： U－ 25N、 U－ 01AD；輸出模塊： U－ 05T、 U－ 01DA。PLC 相當(dāng)于 繼電器的作用，其好處是可靠性高，自動(dòng)化程度高、可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化等。隨著 科學(xué)技術(shù)不斷的飛躍發(fā)展， PLC 也不斷得到完善和強(qiáng)大，同時(shí)它的功能也大大超過了邏輯控制的范圍，如聯(lián)網(wǎng)通信功能和自診斷功能等。于上個(gè)世紀(jì)中后葉被發(fā)明后， 在機(jī)床、各種流水線的輸送機(jī)械、發(fā)電、化工、電子等行業(yè)工藝設(shè)備的電氣控制方面得到了廣泛的應(yīng)用，早期的可編程控制器被稱作可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller） , 即簡(jiǎn)稱為 PLC。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高，系統(tǒng)復(fù)雜，功耗高等明顯的缺點(diǎn)已逐漸被人們所淘汰，直接數(shù)字式控制器 DDC 雖然在智能化方面有了很大的發(fā)展。當(dāng)其中一臺(tái)冷卻水泵 /冷凍水泵出現(xiàn)故障時(shí)，備用冷卻水泵 /冷凍水泵會(huì)自動(dòng)投入工作。 如此循環(huán)不已，把室內(nèi)的熱量帶出，達(dá)到降低環(huán)境溫度的目的。它一般是根據(jù)空氣調(diào)節(jié)原理及規(guī)律等 由微處理器自動(dòng)控制。智能化也往往是從設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)開始。 PLC 控制系統(tǒng)與智能化中央空調(diào) 可編程控制器由 于其在工業(yè)控制方面的應(yīng)用意義日趨明顯，并在發(fā)電、化工、電子等行業(yè)工藝設(shè)備的電氣控制方面得到了廣泛的應(yīng)用。 將 PLC 輸出的數(shù)字量信號(hào)作為對(duì)變頻器的控制輸入信號(hào) ，變頻器在接收到來自PLC 信號(hào)后根據(jù)其內(nèi)容調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小，并將其工作狀態(tài)信息通過反饋渠道傳送至 PLC。即系統(tǒng)必須能夠在要求的時(shí)間內(nèi)及時(shí)作出相應(yīng)并完成控制模塊所規(guī)定的工作 [4]。在輸入的采用階段， PLC 將所輸入狀態(tài)以及數(shù)據(jù)通過掃描的方式一次讀取，然后將其存入 I/O 映象區(qū) 中。 PID 控制是指通過比例、微積分的算法控制來操控 流量的控制過程。實(shí)際上，電子皮帶秤通過脈沖信號(hào)來對(duì)物料進(jìn)行流量的采樣。由于皮帶自身也存在一定重量，這樣在稱重傳感器上就會(huì)有一個(gè)預(yù)加載的力。通過組態(tài)軟件技術(shù)定制系統(tǒng)的控制平臺(tái)，并控制原輔料經(jīng)過傳送帶進(jìn)入配料系統(tǒng)。通過對(duì)原有配料系統(tǒng)的技術(shù)改造，引入配料系統(tǒng)的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、監(jiān)控以及變頻、組態(tài)技術(shù)完善并改進(jìn)自動(dòng)配料系統(tǒng)機(jī)構(gòu) [1]。 作為精細(xì)化工生產(chǎn)過程中最為重要的工業(yè)環(huán)節(jié)，配 料工序的效率直接決定了產(chǎn)品的品質(zhì)與質(zhì)量。電壓可 以從 220V 三電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng) 13 相到 4160V 三相。其中 ABB 公司的變頻調(diào)速產(chǎn)品在控制原理方面涵蓋了上面提到的三個(gè)類別。因?yàn)閿?shù)據(jù)從采集到運(yùn)算完輸出，僅經(jīng)過 25微妙，所以變頻器的力矩可以快速的跟隨負(fù)載的變化而變化，始終保持轉(zhuǎn)速為給定值。反過來 , 如果用跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方法來控制定子繞組輸入端的脈寬調(diào)制電壓 , 形成反饋、閉環(huán)控制 , 那么效果會(huì)比輸入 SPWM 電壓更好。它的控制思路簡(jiǎn)單明了，控制性能卓越，幾乎達(dá)到了交流異步電機(jī)調(diào)速的完美程度。無(wú)速度傳感器的初始方法是實(shí)時(shí)檢測(cè)定子電壓和電流 , 再依據(jù)電機(jī)模型對(duì)轉(zhuǎn)速直接進(jìn)行估算 , 用估算的值作為內(nèi)部速度反饋量，完成高精度的速度控電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng) 12 制。 從控制角度看，矢量控制的變換機(jī)理需要用測(cè)速元件，以測(cè)量轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)狀態(tài)來確定轉(zhuǎn)子磁鏈的位置。雖然理論上采用直接轉(zhuǎn)子磁鏈定向最為理想，但是由于轉(zhuǎn)子磁鏈直接檢測(cè)相當(dāng)困難 , 只能利用轉(zhuǎn)子磁鏈模型進(jìn)行磁場(chǎng)定向 , 而電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的變化以及參數(shù)的變化勢(shì)必會(huì)影響轉(zhuǎn)子磁鏈模型的精確性 , 進(jìn)而影響系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。這類變頻器常用于風(fēng)機(jī)、水泵類節(jié)能型調(diào)速系統(tǒng)或?qū)λ俣鹊膭?dòng)態(tài)指標(biāo)要求不高的簡(jiǎn)單機(jī)械傳動(dòng)上。為了改善性能，繼開環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，軟件里加入了 PI 型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 , 力圖使轉(zhuǎn)速無(wú)靜差 , 改善穩(wěn)態(tài)性能。 第一類是 70年代以恒壓頻比控制方式為理論基礎(chǔ)的變頻調(diào)速。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的展，變頻器的理論和產(chǎn)品水平也在飛快的發(fā)展。 為此無(wú)論機(jī)械設(shè)備、電氣控制、傳動(dòng)系統(tǒng)等都是比較復(fù)雜的 。 特殊應(yīng)用中的另一大類是張力控制。岸機(jī)的穩(wěn)定性監(jiān)視和限制。因?yàn)檫@一類純位勢(shì)負(fù)載的特性是被提升物一旦離開地面便沒有了依托，物體在懸空狀態(tài)下的升降或停住完全靠電氣傳動(dòng)進(jìn)行控制，起安全保護(hù)作用的抱閘的開閉必須精確控制，且 傳動(dòng)必須能記憶提升力矩，以配合抱閘的開閉實(shí)現(xiàn)無(wú)跳變的速度控制過程，避免溜車造成的損害。 還有一些對(duì)控制要求特殊的應(yīng)用，比如提升機(jī)應(yīng)用。比如金屬加工行業(yè)中的帶材軋制過程，線材軋機(jī)，拉絲機(jī)械，銑面，縱剪，復(fù)合加工，連鑄連軋，酸洗，矯直，剪切等等。其原因包括技術(shù)，電網(wǎng)，資金和認(rèn)識(shí)等問題。這里有我國(guó)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)問題 , 耗能大 , 浪費(fèi)多的電機(jī)設(shè)備多集中在大型企業(yè) , 主要是那些高壓電 風(fēng)機(jī)與水泵上 , 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)報(bào)道 , 我國(guó)風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)總數(shù) 大約 4200 萬(wàn)臺(tái) , 裝機(jī)容量約 億萬(wàn)千瓦。 促進(jìn)了節(jié)能改造 , 極大地提高了我國(guó)工業(yè)電氣傳動(dòng)水平。同步電機(jī)沒有轉(zhuǎn)差功率，故其調(diào)速只能是轉(zhuǎn)差功率不變（恒等于 0）型的，只能靠變壓變頻調(diào)速。此后，交流調(diào)速傳動(dòng)主要沿著下述三個(gè)方向發(fā)展和應(yīng)用：（ 1）一般性能的節(jié)能調(diào)速和工藝調(diào)速，（ 2）高性能交流調(diào)速系統(tǒng)，（ 3）特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流傳動(dòng)。受到普遍重視還在開發(fā)的有：交 交矩陣式變換器，它具有輸入電流和輸出電壓都接近正弦波、能量傳輸可逆、可省去直流濾波電容等優(yōu)點(diǎn)，但主電路略嫌復(fù)雜，如果能成功地開發(fā)出雙向 IGBT 模塊，則結(jié)構(gòu)可大為簡(jiǎn)化。 隨著電力電子變換器的日益普及，諧波和無(wú)功電流給供電電網(wǎng)造成的 “電力公害 ”越來越值得重視。用于控制交流電機(jī)的主要是變壓變頻器，其中中、小容量的多為 PWM 變換器。容量再大時(shí)，還得采用 GTO，而 GTO 的可靠性總是不能令人滿意的。 2 電力電子變換器是信息流與物質(zhì) /能量流之間必需的接口 電力電子技術(shù)是信息流與物質(zhì) /能量流之間的重要紐帶，如果沒有電力電子變換，沒有弱電控制強(qiáng)電的接口，則信息始終就是信息，不可能真正用來控制物質(zhì)生產(chǎn)。近代的電氣傳動(dòng)控制 手段幾乎都是電子控制，常用的電子控制方法有兩種：模擬控制電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng) 6 和數(shù)字控制。正如在人體中，信息技術(shù)好比是大腦和神經(jīng)，生產(chǎn)機(jī)械好比是四肢，電氣傳動(dòng)則是牽動(dòng)四肢運(yùn)動(dòng)的肌肉與骨骼。由于（ 1）電機(jī)的效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)比較經(jīng)濟(jì)，（ 2）電能的傳輸和分配比較方便，（ 3）電能容易控制，因此現(xiàn)在電氣傳動(dòng)已經(jīng)成為絕大部分機(jī)械的傳動(dòng)方式，成為工業(yè)化的重要基礎(chǔ)。而我國(guó)還是以農(nóng)業(yè)為主的國(guó)家，根據(jù)去年第 5 次人口普查的統(tǒng)計(jì)，鄉(xiāng)村人口還占總?cè)丝诘?%,我國(guó)的工業(yè)化尚未完成，基礎(chǔ)工業(yè)還比較薄弱。信息化時(shí)代的電氣傳動(dòng)技術(shù)包含三方面的主要內(nèi)容：（ 1）數(shù)字控制和數(shù)據(jù)通信成為電氣傳動(dòng)控制的主要手段，（ 2）電力電子變換器是信息流與物質(zhì) /能量流之間必需的接口，（ 3）可控交流電氣傳動(dòng)逐步取代直流傳動(dòng)已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí)。 信息化時(shí)代的電氣傳動(dòng)技術(shù) 當(dāng)前世界上正處于信息化的時(shí)代，而我國(guó)工業(yè)化尚未完成，以信息化帶動(dòng)工業(yè)化是我們的重要任務(wù)。針對(duì)交流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)魯棒性差的問題則進(jìn)行了研究并提出了優(yōu)化方案。所以 ,我國(guó)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的權(quán)威專家陳伯時(shí)教授總結(jié)出的調(diào)節(jié)器的“工程設(shè)計(jì)方法” ,目前在實(shí)際設(shè)計(jì)中仍然是主流設(shè)計(jì)方法。隨著技術(shù)的進(jìn)步及社會(huì)對(duì)環(huán)保、節(jié)能要求的日漸嚴(yán)格 ,電氣傳動(dòng)系統(tǒng)在社會(huì)各方面的使用越來越廣泛。當(dāng)然電氣傳動(dòng)也要適合信息化時(shí)代的需要而發(fā)展。現(xiàn)在我國(guó)已有 200 家左右的公司、工廠和研究所從事變頻調(diào)速技術(shù)的工作。上個(gè)世紀(jì)變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變得很容易，從而造就了一個(gè)龐大的電力行業(yè)。不調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接由電網(wǎng)供電，但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展這類原本不調(diào)速的機(jī)械越來越多地改用調(diào)速傳動(dòng)以節(jié)約電能 (節(jié)約 15%～ 20%或更多 )，改善產(chǎn) 品質(zhì)量，提高產(chǎn)量。 24 電梯傳動(dòng)控制系統(tǒng) 23 人工智能在電氣傳動(dòng)中運(yùn)用的進(jìn)展 14 PLC 控制系統(tǒng)與智能化中央空調(diào) 12 2 電氣傳動(dòng)控制與 PLC 控制系統(tǒng)的應(yīng)用 4 1 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用 2 前言 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的研究是通過他的原理及其應(yīng)用而為人類社會(huì)的進(jìn)步作出貢獻(xiàn)。 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)是近年來引起人們很大興趣的一個(gè)領(lǐng)域：它的研究目標(biāo)是用機(jī)器，通常為傳動(dòng)控制系統(tǒng)、電腦等，盡可能地代替人的體力活動(dòng)，并且爭(zhēng)取在這些方面最終改善并超出人的能力；其研究領(lǐng)域及應(yīng)用范圍十分廣泛、例如，自動(dòng)控制、人工智能、PLC 控制系統(tǒng)、智能機(jī)器人等等。 14 利用 PLC 控制的自動(dòng)配料系統(tǒng) 27 4 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)論 電氣傳動(dòng)分成不調(diào)速和調(diào)速兩大類，調(diào)速又分交流調(diào)速和直流調(diào)速兩種方式。變頻調(diào)速是交流調(diào)速的基礎(chǔ)和主干內(nèi)容。我國(guó)電氣傳動(dòng)與變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史見表 1。正如人體，信息技術(shù)好比大腦和神經(jīng)，生產(chǎn)機(jī)械好比四肢，電氣傳動(dòng)則是牽動(dòng)四肢運(yùn)動(dòng)的肌肉與骨骼，大腦再聰明，如果肌肉與骨骼不靈，人體也只能癱瘓。其目的是為了通過對(duì)電動(dòng)機(jī)合理的控制 ,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械的起動(dòng) ,停止 ,速度、位置調(diào)節(jié)以及各種生產(chǎn)工藝的要求。但對(duì)大部分系統(tǒng)而言 ,其基本的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)、利用調(diào)節(jié)器對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行校正以使系統(tǒng)符合要求的方法基本未變。并總結(jié)出了便于設(shè)計(jì)者使用的參數(shù)、性能指標(biāo)值計(jì)算公式及圖表。在交流電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中引入復(fù)合磁鏈觀測(cè)器及雙層模糊控制器后 ,系統(tǒng)的魯棒性及性能得到了提高。當(dāng)然電氣傳動(dòng)也要適合信電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng) 5 息化時(shí)代的 需要而發(fā)展。然而，許多先進(jìn)的工業(yè)國(guó) 家是在完成了工業(yè)化的歷史任務(wù)后向信息化的時(shí)代邁進(jìn)的，他們開發(fā)信息產(chǎn)業(yè)具有雄厚的基礎(chǔ)。自從人類發(fā)明并掌握各種機(jī)械幫助自己 勞動(dòng)以來，就需要有推動(dòng)機(jī)械的原動(dòng)力，除人力本身外，最初使用的是畜力、水力和風(fēng)力，后來又發(fā)明了蒸汽機(jī)、柴油機(jī)、汽油機(jī)， 19 世紀(jì)才發(fā)明電動(dòng)機(jī)。但必須注意的是，電氣傳動(dòng)是工業(yè)化的重要基礎(chǔ)，信息本身并不能直 接讓機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)，信息技術(shù)必須通過電氣傳動(dòng)才能帶動(dòng)工業(yè)化。 1 數(shù)字控制和數(shù)據(jù)通信成為電氣傳動(dòng)控制的主要手段 最早的自動(dòng)控制手段是機(jī)械控制，后來逐步讓位于電氣控制和電子控制。 由于計(jì)算機(jī)除一般的計(jì)算功能外 ,還具有邏輯判斷和數(shù)值運(yùn)算的能力，因此數(shù)字控制和模擬控制相比有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：（ 1）數(shù)字控制器能夠?qū)崿F(xiàn)模擬控制無(wú)法實(shí)現(xiàn)的各種比較復(fù)雜的控制策略，（ 2）數(shù)字控制系統(tǒng)能夠完成故障的自診斷，提高診斷過程的智能化。目前，市場(chǎng)上能夠廣泛供應(yīng)的 IGBT 其電壓和電流容量有限，一般只夠中、小容量的低壓電氣傳動(dòng)使用。 在電力電子變換器中， 用于控制直流電機(jī)的主要是由全控器件組成的斬波器或PWM 變換器，以及晶閘管相控整流器。顯然第 4種的效果最好，而且是直接控制功率器件的開關(guān)狀態(tài)，算法簡(jiǎn)單，故應(yīng)用最廣。 目前已經(jīng)應(yīng)用的綠色變換器有：雙 PWM 交 直 交變換器、多單元串聯(lián)的中壓變換器、多 電平中壓變換器等。直到 20 世紀(jì) 70 年代，由于采用電力電子變換器的高效交流變頻傳動(dòng)開發(fā)成功，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工作可靠、維護(hù)方便、效率高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的交流籠型電機(jī)進(jìn)入了可調(diào)速領(lǐng)域，一直被認(rèn)為天經(jīng)地義的交直流傳動(dòng)按調(diào)速分工的格局終于被打破了。各種調(diào)速方法各有其用途，目前應(yīng)用最普遍的是籠型轉(zhuǎn)子電機(jī)變壓變頻調(diào)速。 變頻器己廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)。距離國(guó)家 電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能計(jì)劃 投資 500 億元進(jìn)行發(fā)展 的要求相距甚遠(yuǎn)。多數(shù) 情況 , 設(shè)備不能跟隨工作狀況的變化及時(shí)調(diào)整運(yùn)行設(shè)備的速度 , 造成電能浪費(fèi) , 生產(chǎn)成本提高 , 效益降低 , 甚至造成環(huán)境污染。除去低壓供電的小功率風(fēng)機(jī)泵類以外，還有許多行業(yè)要求變頻器不僅具有很好的速度控制精度，還要有快速的，精確的力矩控制性能。 上述各類加工過程，其產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量除和加工機(jī)械有關(guān)外，還依賴于電氣傳電氣