電氣傳動系統(tǒng)的智能控制研究

鄭金達

（丘引信息技術（天津）有限責任公司，天津 300202）

作為現(xiàn)代科學技術的重要產(chǎn)物之一，智能控制系統(tǒng)對提升電氣傳動系統(tǒng)運行的質(zhì)量和效率具有十分重要的作用，智能控制系統(tǒng)通過模擬人類大腦思維的分析模式對電氣傳動系統(tǒng)進行智能化控制調(diào)整，擺脫了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)依托控制對象模型設計的弊端，實現(xiàn)了對電氣傳動系統(tǒng)參數(shù)的非線性因素反應以及參數(shù)變化反應，是電氣傳動系統(tǒng)未來發(fā)展的主要趨勢。然而，當前我國對電氣傳動系統(tǒng)中智能控制系統(tǒng)的應用尚處于發(fā)展階段，對促進電氣傳動系統(tǒng)實現(xiàn)智能化的穩(wěn)定運行尚存在一定的難度。因此，深入研究電氣傳動系統(tǒng)的智能控制對推動電氣傳動系統(tǒng)優(yōu)化發(fā)展，提供全面的技術和支撐保障具有十分重要的意義。

1 電氣傳動設備與智能控制系統(tǒng)的基本概念

1.1 電氣傳動系統(tǒng)

電氣傳動系統(tǒng)由四部分組成：電動機、控制設備、傳動設備與電源。主要工作流程為：電源通過電磁感應裝置為整個系統(tǒng)提供電力，電力通過轉(zhuǎn)化成機械力來帶動傳動設備運轉(zhuǎn)，傳動設備與控制設備一同工作，按照設定好的機械操作做著持續(xù)性的生產(chǎn)與加工，最終完成生產(chǎn)工藝任務。傳統(tǒng)的電氣傳動系統(tǒng)依靠人力或是自動化程序來控制，現(xiàn)如今隨著技術的發(fā)展，逐漸興起的智能化控制技術也不斷地應用在電氣傳動系統(tǒng)上，大大增加了生產(chǎn)效率與生產(chǎn)安全，減少了企業(yè)的生產(chǎn)成本和運營成本。

1.2 智能控制系統(tǒng)

智能控制技術是目前很火熱的一個技術，隨著科學發(fā)展的進步，逐步應用于各種行業(yè)，比如制造業(yè)、通信業(yè)、服務業(yè)等。智能控制系統(tǒng)有幾大組成模塊：信息處理模塊、設備控制模塊、感應器、后臺服務器與電源裝置。具體來說：智能控制系統(tǒng)通過后臺服務器對應用場景收集數(shù)據(jù)并分析，然后提出相應的操作指令向終端機器內(nèi)部的信息處理模塊發(fā)送，信息處理模塊得到指令后，操縱設備控制模塊做出對應的機械化動作，操作過程中由各種感應器裝置繼續(xù)收集信息并傳送到后臺服務器。智能控制系統(tǒng)與自動化控制系統(tǒng)的不同之處在于：自動化控制系統(tǒng)是由人事前輸入相關操作指令，機器會按照指令自動的機械化運轉(zhuǎn)，一旦出現(xiàn)突發(fā)情況，機器就會出現(xiàn)停滯的現(xiàn)象；智能控制系統(tǒng)不僅擁有自動化控制系統(tǒng)的所有功能，還可以由后臺服務器做出分析計算，并自由靈活地處理各種突發(fā)情況，保證了生產(chǎn)的流暢性與合理性。

2 智能控制系統(tǒng)的主要控制方式

2.1 模糊控制

模糊控制是一種非線性控制，屬于智能控制系統(tǒng)，其中最主要的特點就是擁有系統(tǒng)化理論和大量實踐背景。系統(tǒng)化理論方面：模糊控制系統(tǒng)的基本機構框圖如圖1所示，從圖中可以看出，模糊控制有三個組成部分：模糊產(chǎn)生器、模糊推理機和消除模糊器。模糊產(chǎn)生器接收的是實踐中技術人員的操作方式和技巧，通過模糊集合內(nèi)存儲的相關專家的知識，將混合數(shù)據(jù)傳到模糊推理機中，按照一定的生產(chǎn)規(guī)則，做出合理的模糊指令，由消除模糊器解釋并控制機器做出符合實際操作情況的、模仿技術人員的機械動作。模糊控制可以有效地減少人員參與，減輕企業(yè)的技術人員數(shù)量，緩解了企業(yè)用人緊張的問題。

圖1 模糊控制系統(tǒng)的基本機構框圖

大量實踐背景方面：由于模糊控制應用范圍較廣，典型的例子比如：家用電器設備中的模糊洗衣機、微波爐、吸塵器等；工業(yè)控制領域中的水凈化裝置、水泥爐等；其他方面的自動扶梯、模糊機器人等，足以見得這種智能控制算法的簡單和易適應性。模糊控制算法不需要精確的數(shù)學模型、不需要繁瑣的語言控制規(guī)則，只需要收集技術人員的動作和經(jīng)驗，進行簡單的計算就可以完成工作，加快了企業(yè)的生產(chǎn)效率，輸入的各項信息越詳細，模糊智能控制的效果就會越好。對于那些有著充足實踐經(jīng)驗的企業(yè)來說，模糊控制可以幫助他們提高自身的企業(yè)競爭力。

2.2 單神經(jīng)元自適應控制器

單神經(jīng)元自適應控制器也是一種非線性控制，屬于智能控制范疇，由單神經(jīng)元組成?，F(xiàn)如今神經(jīng)網(wǎng)絡的發(fā)展使得智能控制系統(tǒng)變得越發(fā)高效，因為單神經(jīng)元自適應控制器的自我學習能力使得它逐漸成為智能控制系統(tǒng)的主要一員。由于單神經(jīng)元結構簡單和響應速度快的特點，可以解決電力系統(tǒng)中較為復雜的問題，雖然其內(nèi)存較一般的計算機要小一些，但是對企業(yè)來說，綜合考慮單神經(jīng)元自適應控制器的成本、控制效果和運行速度，已經(jīng)完全可以對單神經(jīng)元自適應控制器做完善的科學研究和市場應用。

單神經(jīng)元自適應控制器原理如圖2所示，輸入的數(shù)據(jù)通過狀態(tài)轉(zhuǎn)化與學習規(guī)則的影響，使得知識結構逐步適應周圍環(huán)境的變化。在前期的學習過程中，神經(jīng)元內(nèi)部的連接權值不斷被修改，等到權值經(jīng)過不斷的調(diào)整逐漸趨于穩(wěn)定時，代表單神經(jīng)元自適應控制器學習完畢，進入到后期的工作過程，這時連接權值將固定不變，源源不斷地把輸入數(shù)據(jù)計算并輸出。圖2選擇的是有監(jiān)督的Hebb學習規(guī)則，它結合了無監(jiān)督的Hebb學習規(guī)則和有監(jiān)督的Delta學習規(guī)則：

輸入為r，輸出為y，誤差為e=r-y，控制信號為u；

三個狀態(tài)量x1（k）=e（k），

神經(jīng)元產(chǎn)生的控制信號為：

其中，wi（k）為對應的xi（k）的權系數(shù)，k為神經(jīng)元的比例系數(shù)，圖2以這種無監(jiān)督學習規(guī)則和有監(jiān)督學習規(guī)則結合的方式，組成了單神經(jīng)元自適應控制器，以解決復雜問題。

圖2 單神經(jīng)元自適應控制器原理

3 電氣傳動系統(tǒng)對智能控制方法的有效運用

3.1 模糊控制在電氣傳動系統(tǒng)的應用

在電力企業(yè)的應用中，復雜的電氣傳動工作較多，導致輸入數(shù)據(jù)較雜，因此在企業(yè)實際應用前，應該著手建立一個規(guī)則化數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫內(nèi)整理著嚴謹?shù)臄?shù)據(jù)對象，并把技術人員的操作精細化，再將數(shù)據(jù)輸入到模糊控制系統(tǒng)中，通過模糊控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)變換過程，將消除模糊化的操作實施到機械上，一般來說模糊控制系統(tǒng)較多安裝在傳動系統(tǒng)的發(fā)電機、電動機等設備中，用來幫助原本就自帶一定自動控制能力的設備運轉(zhuǎn)。

比如在交流電調(diào)速系統(tǒng)中運用模糊控制，輸入的系統(tǒng)變量要經(jīng)過調(diào)整，改變相應的誤差和誤差控制率，利用模糊PI技術將系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整完畢后，可以實現(xiàn)精確的智能化控制，輸出控制量比傳統(tǒng)的電氣傳動控制要更加地準確。

3.2 單神經(jīng)元自適應控制器在電氣傳動系統(tǒng)的應用

單神經(jīng)元自適應控制器有自我學習的能力，但是沒有足夠的數(shù)據(jù)，神經(jīng)網(wǎng)絡也無法學習到令人滿意的程度，因此企業(yè)在應用該項技術的時候，需要事先收集足夠的操作數(shù)據(jù)，滿足單神經(jīng)元自學習的數(shù)據(jù)基礎，再配合生物學知識和物理學知識，在電氣傳動系統(tǒng)運作時，由單神經(jīng)元自適應控制器對各種電氣設備做運行速度的調(diào)節(jié)，并在不斷的自適應中，計算達到有效控制電氣系統(tǒng)的工作強度。一般來說，單神經(jīng)元自適應控制器主要應用在電氣傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設計和故障診斷方面，保證物盡其用，效果突出。

單神經(jīng)元自適應控制器的特點保證了系統(tǒng)魯棒性的提高，因為其控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)誤差的優(yōu)點，使得單神經(jīng)元相當于PID調(diào)節(jié)器，可以代替線性調(diào)節(jié)器的局限性，實現(xiàn)了系統(tǒng)動態(tài)性能的平穩(wěn)飽和。

3.3 企業(yè)應用智能控制技術在電氣傳動系統(tǒng)的優(yōu)點

首先，保證了企業(yè)生產(chǎn)的安全性。電氣傳動系統(tǒng)在傳統(tǒng)控制中需要人為的調(diào)節(jié)電源，一旦出現(xiàn)電路短路現(xiàn)象，會造成企業(yè)的人員傷亡和財產(chǎn)損失，而智能控制系統(tǒng)解決了這一問題；其次，保證了企業(yè)設備的生產(chǎn)效率。智能控制系統(tǒng)擁有了自動化控制系統(tǒng)的所有功能，并且做到了代替人腦的機械控制，最主要的是可以達到調(diào)整完善電氣傳動系統(tǒng)的目的，這是人力不能完成的；最后，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本：由于智能控制系統(tǒng)改變了電氣傳動系統(tǒng)的控制結構，在生產(chǎn)設備的簡化、操作步驟的精簡、參數(shù)調(diào)節(jié)的動態(tài)化、傳輸過程的準確化這幾個方面降低了企業(yè)的資金投入，節(jié)省的資金可以投入到更進一步的智能控制技術研發(fā)中。

3.4 智能控制系統(tǒng)與電氣傳動系統(tǒng)的不足和未來發(fā)展

智能控制技術在結構層面、學習算法上已經(jīng)成型，如果隨意改動控制器硬件設備將會影響算法的運行和工作效率；部分智能控制系統(tǒng)的硬件設備需要高性能，否則難以帶動，影響了企業(yè)的生產(chǎn)效率，也在一定程度上增加了設備成本。未來智能控制系統(tǒng)應當朝著減少設備成本、增加算法耦合性的方向研發(fā)，這樣才可以為企業(yè)帶來工作效率的提高、人力成本的減少和企業(yè)競爭力的增加。

4 結束語

綜上所述，智能控制與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比對提升電氣傳動系統(tǒng)運行的質(zhì)量和效率具有突出的作用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對電氣傳動系統(tǒng)有效控制，還能夠降低人為操作環(huán)節(jié)，有效規(guī)避人為因素的風險。電力企業(yè)要深入了解電氣傳動系統(tǒng)和智能控制系統(tǒng)的基本概念，通過深入研究智能控制系統(tǒng)的主要控制方式，掌握智能控制在電氣傳動系統(tǒng)的有效應用方法，并在摸索應用過程中，不斷地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，進而為智能控制技術在電氣傳動系統(tǒng)中的有效運用奠定堅實的技術基礎，為推動電力系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展提供創(chuàng)新型技術保障。