人工智能在控制領域的理論與應用

1、人工智能在控制領域的理論與應用1弓|言人工智能是研究、開發(fā)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(tǒng)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(chǎn)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(tǒng)等。本文在查閱國內外有關文獻資料的基礎上對人工智能技術近年來在控制領域的應用狀況 進行綜述并對該技術今后的研究方向做了展望與探討。2人工智能（AI）及智能控制的基本概念人工智能是計算機學科的一個重要分支，一直處于計算機技術的前沿，被人們稱為世界 三大尖端技術之一（空間技術、能源技術

2、、人工智能）。人工智能研究的理論和發(fā)現(xiàn)在很大 程度上將決定計算機技術的發(fā)展方向。2.1人工智能的定義及應用領域2.1.1人工智能的定義人工智能（A I）也稱機器智能，它是研究、開發(fā)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(tǒng)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(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應的智能機器，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(tǒng)等。2.1.2人工智能的應用領域問題求解計算機博弈是人工智能中關于對策和斗智問題的研究領域。目前，計算機博弈主要以下棋 為研究對象，但研究的主要目的不是為了讓計

3、算機與人下棋，而是為了給人工智能研究提供 一個試驗場地。在下棋程序中體現(xiàn)出來的一些步驟，例如能夠思考如何向前走幾步，不僅要 把對手的方法、步驟考慮進去，還能夠把困難問題進行逐步分解，最終戰(zhàn)勝對方的能力。如 今的計算機軟件已具有如象棋、圍棋的世界錦標賽的先進水平。邏輯推理與定理證明邏輯推理是人工智能研究中最持久的領域之一，重要的一點是要找到一些對策及方 法，把大量的素材集中在一個大型數(shù)據(jù)庫中（數(shù)據(jù)庫需有很復雜的邏輯結構，甚至還要有模 糊記憶），留意可信的證明，并在出現(xiàn)新信息時即時修正這些證明。定理證明就是讓計算機 模擬人類證明定理的方法，自動實現(xiàn)非數(shù)值符號的演算過程。如信息檢索和醫(yī)療診斷等都可

4、以和定理證明問題一樣加以形式化。它方便了人類，促進了科學發(fā)展，達到了人類所不能及 的智力。自然語言處理自然語言處理主要研究如何使計算機能夠理解和生成自然語言?，F(xiàn)在的自然語言理解往往 與模式識別、計算機視覺等技術結合在一起，在文字識別和語音識別系統(tǒng)的配合下進行書面 語言和有聲語音的理解。智能信息檢索技術當今，科學技術的飛速發(fā)展，信息獲取是目前計算機科學與技術研究中迫切需要研究的 課題。這一技術在人工智能領域的應用，能使人工智能邁向更廣泛的實際應用當中。專家控制系統(tǒng)專家系統(tǒng)是基于專家知識和符號推理方法的智能系統(tǒng)，它將專家領域的經(jīng)驗用知識表示的 方法表示出來，放入數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)這些素材在推理機的作用

5、下，解決某一專門行業(yè)內需要 專家才能解決的問題。如在第二代專家系統(tǒng)中，把原理和經(jīng)驗分離開來，并引入基于前者的 深層推理和基于后者的淺層推理，從而提高了系統(tǒng)運行的強壯性。現(xiàn)在這一點已被證實。如 在礦物勘測、化學分析、醫(yī)學診斷方面，專家系統(tǒng)已經(jīng)達到了人類專家的水平。例如：地質 勘探軟件程序系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了一個鉬礦沉積，價值超過1億美元。MY CIN系統(tǒng)可以對人類血液 傳染病、乳腺癌的診斷治療方案能夠提供咨詢意見；對患有細菌性血液病、腦膜炎方面的診 斷和治療方案已經(jīng)超過了這一領域的專家水平。2.2智能控制理論及研究領域智能控制是在人工智能及自動控制等多學科之上發(fā)展起來的一門新興、交叉學科，它具有 非常廣泛

6、的應用領域，如專家控制、智能機器人控制、智能過程控制、智能故障診斷及智能 調度與規(guī)劃等。2.2.1智能控制的定義所謂智能控制是通過定性與定量相結合的方法，針對環(huán)境和任務的復雜性與不確定性，有 效自主地實現(xiàn)復雜信息的處理及優(yōu)化決策與控制功能。2.2.2智能控制的研究領域傳統(tǒng)控制包括經(jīng)典反饋控制和現(xiàn)代控制理論，它們的主要特征是基于精確的系統(tǒng)數(shù)學模型 控制，在復雜問題的實際應用中遇到了不少難題。因此，需將人工智能的方法引入控制系統(tǒng)， 從而實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化，即通過采用仿人智能控制決策，迫使控制系統(tǒng)向期望的方向發(fā)展。 智能控制是一類無需（或盡可能少的）人的干預就能夠獨立自主地應付環(huán)境條件或加工對象 的變

7、化，有效地驅動智能機器實現(xiàn)其目標的自動控制，它是自動控制的最新發(fā)展階段，對智 能控制系統(tǒng)的研究和設計，重點放在對任務和世界模型的描述、符號和環(huán)境的識別以及知識 庫和推理機的設計開發(fā)上，即放在智能機模型上。3人工智能在電氣工程自動化中的應用3.1電氣設備優(yōu)化設計電氣設備的優(yōu)化設計工作比較復雜，需要結合電路、電磁場、電機電器等方面的基礎知 識和豐富的設計經(jīng)驗知識。以往電氣產(chǎn)品設計缺少相關技術的支持，效率很低，工作量也很 大，很難設計出科學合理的方案。隨著計算機技術迅速發(fā)展，計算機輔助設計:CAD）逐漸替 代了手工設計，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，同時也提高了設計人員設計產(chǎn)品質量和設計的效 率，使設計逐

8、漸邁向智能化和高效化。電氣產(chǎn)品的優(yōu)化設計中人工智能應用，主要有遺傳 算法與專家系統(tǒng)這兩種方法。由于遺傳算法可以直接操作結構對象，可指導優(yōu)化與自動獲 取搜索空間、自行調整搜索的方向，計算方法先進，計算結果精度高，在電氣產(chǎn)品的智能化 優(yōu)化設計中普遍應用。而專家系統(tǒng)主要是依據(jù)某領域的一個或是多個專家提供經(jīng)驗與知識來 進行合理的判斷與推理，模仿人類專家決策的過程，進而處理需要人類專家處理的問題， 這在電氣產(chǎn)品的優(yōu)化設計中也是一種比較重要的方式。除此兩種方法外目前模糊邏輯和神經(jīng) 網(wǎng)絡等方法也有被運用到電氣設備的優(yōu)化設計當中。3.2對電氣設備故障分析與診斷在電氣工程自動化系統(tǒng)中，發(fā)動機、發(fā)電機和變壓器等出

9、現(xiàn)故障的頻率較高，使用傳統(tǒng)方 式分析收集的變壓器油產(chǎn)生的氣體，根據(jù)氣體樣本的分析結果來判斷故障是否存在。這樣消 耗了大量的時間，診斷效率和準確率都較低。而實際上的故障需要得到快速的解決，如果得 不到及時診斷處理，將有可能會造成嚴重的損失。而利用智能技術能夠有效的進行故障的分 析和診斷。電氣設備在進行長時間的工作后，不可避免的會出現(xiàn)各種問題，合理的運用智 能技術，可以有效的診斷問題并及時采取方法處理。電力工程運用智能技術時，對于變壓 器的不良狀況進行診斷，有效的縮小導致問題的范圍，可以很好的減少了維修和檢查的工作 量，在較短的時間內準確的找到問題所在?？梢源蟠蟮奶嵘斯收系脑\斷準確率，從而很 好

10、解決遇到的故障問題。人工智能的故障診斷方法，如圖1所示。3.3對電氣控制過程中的應用電氣控制過程可以確保電氣化系統(tǒng)穩(wěn)定高效的運行，但是電氣控制對技術人員的操作過 程要求非常嚴格而且具體操作也很復雜。而人工智能借助計算機或自動計算等核心技術，實 現(xiàn)了代替部分需要人類智能額的負責勞動，從而可以很好的解決以上的問題。界面化的形式 不單能簡化日常操作過程中操作流程，還可以對電氣系統(tǒng)進行遠程控制與操作。除此之外還 可對及時儲存某些重要信息或資料，以方便日后的查閱。而且通過該技術還可自動進行表報 的生成，大大的降低了人力物力資源的投入，同時也提高工作效率和精確度。人工智能在 電氣自動化中的應用的模糊控制主

11、要是通過電氣傳統(tǒng)過程中的直流和交流傳動的作用來實 現(xiàn)的。在交流傳動過程的相關問題應用，一般都是用模糊控制器取代傳統(tǒng)的常規(guī)調速控制器， 從而更好的實現(xiàn)控制功能。3.4智能控制和保護功能在電氣工程自動化中，綜合利用智能技術和自動化技術可以實現(xiàn)對設備控制的自主性和高 效率。智能技術進行智能控制的范圍如下：（1）對相關數(shù)據(jù)的收集和處理。利用人工智能技 術可以實現(xiàn)對所有開關量、模擬量數(shù)據(jù)進行實時的自動采集，并根據(jù)預先設計好的要求進 行定時批量的整理和存貯等相關工作。對某些參數(shù)進行設置和修改，對軟壓板的退投進行 及時的保護。（2）對畫面的顯示。利用人工智能技術可運用圖像生成軟件進行真實面面模擬 通過模擬有

12、關設備和整個系統(tǒng)的工作運行情況，然后以畫面的形式表現(xiàn)出來，顯示在屏幕上。 而且還可以同步表現(xiàn)電流和電壓的情況，操作人員可根據(jù)電流、電壓、隔離開關、斷路器 等電機設備的運轉狀態(tài)，建立相關數(shù)據(jù)和圖表對未來走向進行分析和判斷。不過應考慮實際 控制端設備的硬件條件有沒有符合需求，以防止出現(xiàn)因控制終端因生成圖像等需要耗費大量 運算資源，或系統(tǒng)其它重要控制程序的運行不穩(wěn)定或者卡死的情況。這實現(xiàn)了對各主要設備 的模擬量數(shù)值、實際開關狀態(tài)的實時智能監(jiān)視掛牌檢修功能。（3）進行有效的監(jiān)控。利用智 能技術可對模擬量和開關量進行全程同步的監(jiān)測，發(fā)生異常情況時，可綜合集成了聲光、 語音、電話圖像等多模式同時或選擇性報

13、警，同時，還順序的記錄了系統(tǒng)中的各項事件和 在線分析負序量計算等。(4)進行操作控制。在操作控制上，技術人員可通過鍵盤或鼠標對 隔離開關，斷路器等的現(xiàn)場或者遠程進行控制和對勵磁電流的準確調整。此外，還可以進行 帶負荷操作和停機操作和對有關人員的權限進行限制等。(5)對設備的管理。利用智能技術 對整個系統(tǒng)進行管理，指揮其自動保存運行日志，自動生成報表的和存儲或打印，描繪系 統(tǒng)運行曲線等。4總結人工智能是一門新的技術科學，它的目的在于對人的智能的模擬、延伸和擴展的技術、方 法理論及應用系統(tǒng)進行研究和開發(fā)。人工智能是計算機科學的重要的組成部分，使機器能夠 完成一些通常只有靠人類智能才能做到的相對復雜

14、的工作是其研究的一個主要的目標。在電 氣工程中應用人工智能，實現(xiàn)機械設備的自動化操作，對電氣工程中控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的 提高、生產(chǎn)效率的加快以及系統(tǒng)設備的改造都有著非常重要的作用。社會的進步要求人類的 經(jīng)濟生活更加智能化，以節(jié)省寶貴的人類時間去做其它有益的事情。電氣自動化控制領域的 革新需要人工智能的大力支持，而人工智能在自動化控制方面的優(yōu)勢在這個領域也確實能夠 得到極大的發(fā)揮。促進自動化控制的發(fā)展進步，促進了智能理論在控制技術中的應用，以解 決用傳統(tǒng)的方法難以解決的復雜系統(tǒng)的控制問題。因此，智能化技術在電氣工程自動化控制中可以發(fā)揮極大的作用。參考文獻：1劉金琨.智能控制M.北京：電子工業(yè)出版

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