【正文】 智能控制技術在電氣工程自動化中的應用 2 人工智能在電氣工程領域的發(fā)展 隨著人工智能技術的不斷發(fā)展 , 很多研究人員展開了針對人工智能在電氣工程自動化控制方面的研究 ,例如 :應該如何將人工智能系統(tǒng)應用于故障的診斷和預測、電氣產(chǎn)品設計優(yōu)化和保護與控制等領域。它需要對電磁場、電路、電器電 機等學科的知識綜合性的運用 , 同時還要使用以往設計中的經(jīng)驗。這樣的設計過程很難取得最優(yōu)的設計方案。尤其是在引進了人工智能技術之后 ,更加促進了 CAD技術的發(fā)展 ,大大提高了設計產(chǎn)品的質量和效率。其中的遺傳算法是一種優(yōu)化的先進算法 ,在產(chǎn)品的設計優(yōu)化上有舉足輕重的作用。電氣設備的故障征兆和故障之間有著很多必然和偶然的關系 ,具有非線性、不確定性的特點 , 它的優(yōu)勢能夠通過人工智能的方式得到最大的發(fā)揮。在電力系統(tǒng)之中 , 變壓器因為重要的地位而受到很多研究者的關注。同時在電動機和發(fā)電機等方面 ,人工智能診斷故障技術也有了長足的發(fā)展。其研究的主要內容有對圖像和語言的識別、專家系統(tǒng)、語言處理以及機器人等系統(tǒng)。 人工智能控制技術的主要方法 模糊控制 模糊控制以模糊集合、模糊語言變量、模糊推理為其理論基礎 ,以先驗知識和專 家經(jīng)驗作為控制規(guī)則 。在實現(xiàn)模糊控制時主要考慮模糊變量的隸屬度函數(shù)的確定 ,以及控制規(guī)則的制定。它的造成核心是具有智能性的模糊控制器，這也是它與其它控制系統(tǒng)的不同之處。主體由知識庫和推理機構組成 ,通過對知識的獲取與組織 ,按某種策略適時選用恰當?shù)囊?guī)則進行推理 ,以實現(xiàn)對控制對象的控制?？赏ㄟ^調整控制器的參數(shù) ,適應對象特性及環(huán)境的變化 ,適應性好 。 神經(jīng)網(wǎng)絡控制 神經(jīng)網(wǎng)絡模擬人腦神經(jīng)元的活動 ,利用神經(jīng)元之間的聯(lián)結與權值的分布來表示特定的信息 ,通過不斷修正連接的權值進行自我學習 ,以逼近 理論為依據(jù)進行神經(jīng)網(wǎng)絡建模 ,并以直接自校正控制、間接自校正控制、神經(jīng)網(wǎng)絡預測控制等方式實現(xiàn)智能控制。另一方面是將智能控制技術與傳統(tǒng)控制理論結合 ,形成智能復合型控制器 ,如模糊 PID 控制、神經(jīng)元 PID控制、模糊滑模控制、神經(jīng)網(wǎng)絡最優(yōu)控制等。遺傳算法依照所選擇的適配值函數(shù) ,通過遺傳中的復制、交叉及變異對個體進 行篩選 ,使適配值高的個體被保留下來 ,組成新的群體 ,新群體既繼承了上一代的信息 ,又優(yōu)于上一代 ,這樣周而復始 ,群體中個體適應度不斷提高 ,直到滿足一定的條件。蟻群算法的基本思想 :當一只螞蟻在給定點進行路徑選擇時。被選中的概率越大。 智能控制技術在電氣工程自動化中的應用 5 3 模糊控制 引言 現(xiàn)今在各個領域中被逐漸采用的模糊控制，是一種非線性的控制方法，是屬于非線性、智能控制范疇的一種計算機數(shù)字控制，就是在被控對象的模糊模型的基礎上，運用模糊控制器近似推理手段，實現(xiàn)系統(tǒng)控制的一種方法。 本文以 PC為控制核心運用 模糊控制的方法來完成起動過程，使起動過程中電流恒定，減小電動機起動時起動電流對電網(wǎng)的沖擊。 模糊控制的基本原理 模糊控制系統(tǒng)是一種自動控制系統(tǒng)，它是以模糊數(shù)學、模糊語言形式的知識表示以及模糊邏輯的推理規(guī)則為理論基礎，采用計算機控制技術構成的一種具有反饋通道的閉環(huán)結構的數(shù)字控制系統(tǒng)。 圖 模糊控制系統(tǒng)組成框圖 根據(jù)模糊控制 系統(tǒng)的定義，不難想象模糊控制系統(tǒng)組成具有常規(guī)計算機控制系統(tǒng)的結構形式，模糊控制系統(tǒng)組成框圖如圖 。 (1) 被控對象被控對象可以是確定的或模糊的、單變量或多變量的、有滯后或無滯后的、定常的或時變的也可以是線性的或非線性的。 (2) 執(zhí)行機構除了電氣的以外，如各類交、直流電動機，步進電動機，伺服電動機，還有各類氣動調節(jié)閥和液壓閥等。 (4) 輸入 /輸出接口在實際控制系統(tǒng)中由于多數(shù)被控對象的控制量及其可觀測狀態(tài)是模擬量。而且在模糊控制系統(tǒng)中還應該有適用于模糊邏輯處理的“模糊化”與“解模糊化”環(huán)節(jié)，這部分通常也被看作是模糊控制器的輸入 /輸出接口。它在模糊控制系 統(tǒng)中占有十分重要的地位，其精度往往直接影響整個系統(tǒng)的性能指標，因此要求其精度高、可靠性及穩(wěn)定性好。由于所采用的模糊規(guī)則是由模糊理論中模糊條件語句來描述的，因此模糊控制器是一種語言型控制器，故也稱為模糊語言控制器。它包括有：入量模糊化接口、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫、推理機和解模糊接口五個 部分。它的主要作用是將真實的確定量輸入轉換成一個模糊矢量。在規(guī)則智能控制技術在電氣工程自動化中的應用 7 推理的模糊關系方程求解過程中，它向模糊推理提供數(shù)據(jù)。規(guī)則庫是用來存放全部模糊控制規(guī)則的，并為模糊推理提供控制規(guī)則。在模糊控制器中，模糊推理根據(jù)輸入模糊量，由模糊控制規(guī)則完成模糊推理來求解模糊關系方程，并獲得模糊控制量。 以電流為控制量的模糊控制器的設計 模糊控制軟啟動 工作原理 下面本文討論基于電流控制的軟起動器的模糊控制器 [410]的具體設計方法。 起動初始，交流接觸器 KM1閉合， KM2斷開。利用同步變壓器獲取同步電壓信號，作為脈沖發(fā)生器的基準信號。模糊調節(jié)器首先計算起動電流設定值與反饋電流的偏差和偏差變化率，然后以電流及電流的偏差為輸入量，經(jīng)模糊化后進行模糊推理，最后將模糊推理結果解模糊判決后作為輸出調節(jié)量。當交流電機軟起動完成后，交流接觸器 KM1斷開， KM2閉合，將電網(wǎng)電壓直接接在交流電機定子繞組上，同時將軟起動裝置從主回路中切除，交流電動機進入穩(wěn)定工作狀態(tài)，軟起動過程結束。 本模糊控制器的結構為二維模糊控制器，交流異步電動機軟起動模糊控制器設計以實現(xiàn)交流異步電動機起動過程電流恒定為目標，因此本文選擇起動電流設定值的偏差及偏差的變化為模糊控制器的輸入量，以晶閘管觸發(fā)角調節(jié)量為模糊控制器的輸出量，同時設置一個積分環(huán)節(jié)對每次調節(jié)量進行累計。 之間（ ?為晶閘管續(xù)流角），因此在積分器后加一個限幅環(huán)節(jié)。 智能控制技術在電氣工程自動化中的應用 9 圖 模糊控制器的原理圖 圖中 I 為啟動電流設定值， ?I 為測量值 , e? 為偏差的量化因子 , c? 為偏差變化的量化因子 , u? 為控制量的比例因子。采用三角形隸屬函數(shù)如圖 ，給出對應于 7個模糊狀態(tài)的隸屬度值如表 。采用三角形隸屬函數(shù)如圖 ，給出對應于 3個模糊狀態(tài)的隸屬度值如表 。 10 6 3 0 3 6 10 PB 0 0 0 0 0 0 1 PM 0 0 0 0 1 0 PS 0 0 0 0 1 0 0 Z 0 0 1 0 0 NS 0 0 1 0 0 0 0 NM 0 1 0 0 0 0 NB 1 0 0 0 0 0 0 表 模糊變量 U隸屬函數(shù)值 量 化 等 級 隸 屬 度 值 語 言 變 量 智能控制技術在電氣工程自動化中的應用 12 圖 觸發(fā)角隸屬度函數(shù) 3）建立模糊控制規(guī)則 雙輸入單輸出型模糊控制器的控制規(guī)則為“ if E and EC then C”。 Mamdani采用蘊涵算子： 智能控制技術在電氣工程自動化中的應用 13 BABAbabaR C ?????? 且: （ ）其模糊輸出推理算式為： )()( CBBCAAC ?????? ???