自动控制中人工智能算法的应用-潘剑飞博士

2022-11-17

引言 

要想保证电气自动化控制系统的正常运行,必须应用科学的控制方式,提高精确程度。自动化控制的研究对象主要包括以下四方面:对数据数字化进行分类识别处理、对计算机数据进行处理应用、对系统组成结构进行优化以及对电气自动化进行控制。将人工智能算法与自动化控制技术二者相结合,可以使电气自动化系统的工作效率得到显著提升,并且能够使传统电气控制的工作时间大大减少,提高传统控制手段的准确度,优化传统控制结构,在很大程度上使工作设备消耗的能源得到降低。

1 人工智能算法概况

人工智能 AI(Artificial Intelligence 的缩写)于1956年在美国诞生人工智能技术,是研究人类智能和通过计算机技术使某些设备或仪器具有人的智能行为的科学[1]。通过利用计算机模拟人的思维、语言、记忆、推理、感知、学习等智能能力,以及延伸人的感觉和大脑功能。综上这些模拟都反映人工智能及其识别技术最重要的思想和内容,也就是说人工智能及其识别技术学科是用来研究人类智能活动的规律的学科。这门学科的基本原理是利用智能机器人,模仿人类的智能反应。

1.1人工智能技术的基本情况

随着科学技术的不断发展,计算机技术已经与现代化的生产技术相融合,创造出先进的生产技术,迎来了智能化生产的时代[3]。当前社会中,众多生产领域已经大范围应用人工智能技术,这使社会生产需要的人力、物力资源等大大降低,有效缓解了资源浪费问题,使生产成本得到降低。

人工智能属于计算机科学的重要组成部分。通过在机器人中设置的智能化系统,融入人的思维,对人的行为进行模仿,这样可以使它具有人类思维以及感知能力,进而可以对面临的各种状况进行高效处理。随着人工智能技术的逐渐进步,便出现了人工智能算法。人工智能算法,又被称作机器智能,学科具有较强的边缘性。目前,人工智能算法已经应用到多个领域中,包括图像识别、语音识别、遗传变异和行为决策等。 

1.2人工智能算法的主要特征 

人工智能使用了大量的工具:包括各种类型的数据收集和数学统计方法、逻辑学、概率学、经济学、计算机科学以及其他许多领域[6]。具有十分显著的特征主要包括以下四点:

1:具有较高的可靠性。利用人工算法,可以使对电力系统的便捷操作得以实现,进而对电力系统的工作效率进行提高,同时增强其控制的精确度,最终使工业生产的效率及质量得到提高,对企业的现代化发展起到很大的推动作用。

2:在开展电气设计时,若应用人工智能算法,那么不需要对其控制对象的实际动态、参数变化等数据进行详细掌握。

3:对于人工智能算法而言,需要使其人工控制器和驱动器保持一致性,有利于使人工智能算法的精准度得到提升。

4:在设计控制器期间,运用人工智能算法,能够使抗干扰能力得到显著提高,此外,还可以进一步提升信息及数据的适应能力,进而有利于加快设计修改及扩展的速度。

2 对人工智能算法的运用

如果运用人工算法,可以对电气设备的设计及生产过程实行有效监控,从而具备强大的纠错功能[3]。在对电气设备的质量及安全性能进行评估的过程中,运用人工智能算法具有极大的优势。在人工智能算法的帮助下,可以对上述知识进行综合处理,这样将有利于设计工作的快速开展。若只依赖于设计人员的专业能力,将会消耗大量的人力、物力、财力资源。同时,对人工智能算法进行合理使用,可以有效解决电气设备设计过程中出现的多种问题,比如涉及专业知识较多、涵盖领域过广、操作难度较高、需要较多的技术人才等问题。此外,该技术能够使复杂的计算、模拟环节更加高效、快速地进行。

在实际应用期间可以使设计时间大大缩减,并使其科学性和精准度得到进一步提高。一般情况下,在人工智能算法的应用过程中,必须与实际情况相结合,以此为依据对电气设备展开相应设计,制定出科学合理的设计方案。在此期间需要不断将设计方案与储存的设计经验进行分析对比并逐渐进行完善,从而对新功能的开发起到促进作用。此外还可以结合人工智能算法的专家系统,结合人工智能的识别算法处理信息,对设计方案系统不断进行优化,进而使设计方案的控制效果更加精确。

3 在自动化控制中人工智能算法的具体应用

3.1 将人工智能算法应用到电气设备设计中 

开展电气设备设计这项工作是有一定难度的,具有较强的系统性,与多个领域的知识均有交集,对设计人员要求较高,除需要具备强大的知识储备和丰富的设计经验外,还需提供相应的人力、物力资源。当使用人工智能技术时,可以借助于CAD技术、人工算法等技术的帮助,能够使复杂的计算以及模拟环节的效率得到提升,并使其精准度进一步提升。在这种情况下,要想应用人工智能算法,相关工作人员必须保证电气设备的设计具备较高的科学性。此外,在选择设计人员时,必须保证其计算机水平较高,进而使其利用人工算法完成电气设备的设计。将人工智能算法应用至自动化控制系统中,能够有效增强设计方案的科学性,使产品开发周期得到进一步缩短。 

3.2 将人工智能算法应用至电气设备控制中 

电气控制在电气设备自动化的过程中发挥着重要作用,与电气化系统的正常运行具有极为紧密的联系,在电气设备控制的实际过程中,需要进行极为复杂、繁琐的操作流程。基于此,当前研究的重点内容便是如何对电气系统的控制效率进行提升,通过人工智能算法的运用,能够使电气设备的自动化控制得到实现,这样不但可以有效增强控制效率,而且使控制过程中的人力、物力、财力等各种资源浪费现象得到缓解。在电气设备控制中使用人工智能算法,大致包括三方面内容,分别是进行模糊控制、专家系统控制以及神经网络控制,其中,模糊控制较为关键,其主要原理是利用传统电气过程中的交流和直流传动,对PI、PID控制器进行替代。由于模糊控制的操作程序相对较为简单,与实际具有密切联系,目前已经得到了较为广泛的应用。 


3.3 将人工智能算法应用至识别技术研究中 

近年来,图像识别技术的应用范围进一步扩大,并取得良好的应用效果,对工业生产和人们日常生活产生了深远的影响。同时,图像识别技术的复杂程度逐渐提升,需要识别和理解的信息也日益增加。在人工智能技术中,图像识别作为技术的核心,在各个领域总得到了广泛的应用,为现代生活带来了极大的便利,例如车辆识别、人脸识别、甚至染色体核型识别。利用人工智能算法实现在生产工作中对生产要素、生产环境等进行有效识别,并通过识别信息对生产环节进行有效控制,从而提高生产率。人工智能图像识别的存在有其弊端,也许永远也无法代替人脑,但是能帮助人类扩展对外部世界的认识和智能控制。

在语音识别技术领域的应用。语音识别技术的根本任务就是来解决能够使机器听懂得人类语言,其作为人工智能研究的主要方向和人机语音交互的关键技术,语音识别技术一直都受到各国人工智能领域的广泛关注。同时以语音识别技术开发出的产品应用领域非常广泛,显示出了极大的优势,如声控电话交换、语音通信系统等,其应用几乎深入到社会的每个方面和每个行业。随着人工智能电子产品的普及,进入21 世纪,嵌入式语音处理及其识别技术也得到了迅猛地发展,基于语音识别芯片业越来越多,例如国产语音AI芯片厂商:全志科技、云知声等。但是如何更好地将芯片结合人工智能技术来发展语音识别技术是本世纪最重要的内容。


3.4 在传统控制模型上的优化应用 

人工智能搜索技术是解决状态空间问题的常用求解方法,其搜索策略就是研究如何通过网络寻找路径,进而求解问题[5]。例如可以针对应用梅森公式计算复杂控制系统传递函数时难以寻找前向通道和回路的问题,设计一种基于人工智能的算法。通过分析控制系统的结构图和信号流图,揭示了梅森公式的本质,利用人工智能的搜索策略解决寻找梅森公式中的前向通道和回路搜索易重复、易遗漏的问题,通过研究人工智能的搜索策略,提出信号流图内部信息完全表征的表示方法。人工智能的图搜索策略为寻找前向通道和回路提供了楔机。

图1 复杂控制系统的信号流图

4 总结 

毫无疑问,人工智能是社会和经济变革的强大推动力[7]。人工智能算法是计算机学科的一门重要分支,是一种具有新型理念的科学技术。人工智能技术日新月异,其开发应用及利用的研究越来越受到重视[6]。将人工智能算法应用至自动化控制中,不仅能提升控制系统的工作效率,优化系统结构并增强其精确度,还在很大程度上降低了人力、物力、财力等资源的消耗。相信在人工智能算法的不断发展下,将会与自动化控制领域结合的更紧密,对自动控制系统的发展起到更多的推动作用。