鄭金達
(丘引信息技術(shù)(天津)有限責任公司,天津 300202)
作為現(xiàn)代科學技術(shù)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(shè)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(yīng)以及參數(shù)變化反應(yīng),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(yīng)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(shù)和支撐保障具有十分重要的意義。
電氣傳動系統(tǒng)由四部分組成:電動機、控制設(shè)備、傳動設(shè)備與電源。主要工作流程為:電源通過電磁感應(yīng)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(shè)備運轉(zhuǎn),傳動設(shè)備與控制設(shè)備一同工作,按照設(shè)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(wù)。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(shù)的發(fā)展,逐漸興起的智能化控制技術(shù)也不斷地應(yīng)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。
智能控制技術(shù)是目前很火熱的一個技術(shù),隨著科學發(fā)展的進步,逐步應(yīng)用于各種行業(yè),比如制造業(yè)、通信業(yè)、服務(wù)業(yè)等。智能控制系統(tǒng)有幾大組成模塊:信息處理模塊、設(shè)備控制模塊、感應(yīng)器、后臺服務(wù)器與電源裝置。具體來說:智能控制系統(tǒng)通過后臺服務(wù)器對應(yīng)用場景收集數(shù)據(jù)并分析,然后提出相應(yīng)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(shè)備控制模塊做出對應(yīng)的機械化動作,操作過程中由各種感應(yīng)器裝置繼續(xù)收集信息并傳送到后臺服務(wù)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(guān)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(wù)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。
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(gòu)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(shù)人員的操作方式和技巧,通過模糊集合內(nèi)存儲的相關(guān)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(shù)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(shù)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(gòu)框圖
大量實踐背景方面:由于模糊控制應(yīng)用范圍較廣,典型的例子比如:家用電器設(shè)備中的模糊洗衣機、微波爐、吸塵器等;工業(yè)控制領(lǐng)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(yīng)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(shù)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。
單神經(jīng)元自適應(yīng)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(luò)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(yīng)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(jié)構(gòu)簡單和響應(yīng)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(yīng)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(yīng)控制器做完善的科學研究和市場應(yīng)用。
單神經(jīng)元自適應(yīng)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(jié)構(gòu)逐步適應(yīng)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(quán)值不斷被修改,等到權(quán)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(yīng)控制器學習完畢,進入到后期的工作過程,這時連接權(quán)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(jié)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(yīng)的xi(k)的權(quán)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(jié)合的方式,組成了單神經(jīng)元自適應(yīng)控制器,以解決復雜問題。
圖2 單神經(jīng)元自適應(yīng)控制器原理
在電力企業(yè)的應(yīng)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(yīng)用前,應(yīng)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(shù)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(shè)備中,用來幫助原本就自帶一定自動控制能力的設(shè)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(yīng)的誤差和誤差控制率,利用模糊PI技術(shù)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。
單神經(jīng)元自適應(yīng)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(luò)也無法學習到令人滿意的程度,因此企業(yè)在應(yīng)用該項技術(shù)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(chǔ),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(yīng)控制器對各種電氣設(shè)備做運行速度的調(diào)節(jié),并在不斷的自適應(yīng)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(yīng)控制器主要應(yīng)用在電氣傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)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(yīng)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。
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(shè)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(jié)構(gòu),在生產(chǎn)設(shè)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(shù)研發(fā)中。
智能控制技術(shù)在結(jié)構(gòu)層面、學習算法上已經(jīng)成型,如果隨意改動控制器硬件設(shè)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(shè)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(shè)備成本。未來智能控制系統(tǒng)應(yīng)當朝著減少設(shè)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。
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(yīng)用方法,并在摸索應(yīng)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(shù)在電氣傳動系統(tǒng)中的有效運用奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ),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(shù)保障。