電氣工程自動(dòng)化中的智能化技術(shù)研究與應(yīng)用

摘要隨著經(jīng)濟(jì)、科技及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能化技術(shù)在各行各業(yè)得到了最大化的推廣與應(yīng)用，其在電氣工程自動(dòng)化控制中體現(xiàn)出的作用尤為明顯。本文闡釋了電氣工程自動(dòng)化的智能化技術(shù)應(yīng)用理論、應(yīng)用方法，并分析了人工智能控制的優(yōu)點(diǎn)，及我國(guó)人工智能技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀，從而肯定了智能化技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化中的應(yīng)用效果。關(guān)鍵詞：電氣工程自動(dòng)化智能化技術(shù)應(yīng)用分析緒論1.1人工智能簡(jiǎn)介人工智能技術(shù)作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)重要分支將智能的本質(zhì)闡述了出來(lái)，生產(chǎn)出一種具有人類智能的機(jī)器。其研究的主要內(nèi)容有對(duì)圖像和語(yǔ)音的識(shí)別、專家系統(tǒng)、語(yǔ)言處理以及機(jī)器人等系統(tǒng)。1.2人工智能研究的領(lǐng)域及應(yīng)用在上個(gè)世紀(jì)五十年代，人工智能概念被首次提出來(lái)之后，一直處于良好的發(fā)展?fàn)顟B(tài)中，逐漸形成了一套以計(jì)算機(jī)為核心，包含了心理學(xué)、生物學(xué)、自動(dòng)化、控制論、信息論、醫(yī)學(xué)、哲學(xué)以及數(shù)理邏輯等的一門綜合性的科學(xué)。通過(guò)研究，使得機(jī)器系統(tǒng)能和人的智慧相媲美，幾乎能夠完成人類完成的工作。而人工智能理論是研究和開發(fā)怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)人的智能進(jìn)行模擬和延伸的科學(xué)理論。人工智能技術(shù)是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)重要分支，它對(duì)智能的本質(zhì)進(jìn)行了闡述，并生產(chǎn)了一種和人類智能相似的機(jī)器。伴隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，在我們?nèi)粘５纳a(chǎn)和生活中已經(jīng)離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)了。計(jì)算機(jī)編程技術(shù)促進(jìn)了傳播和自動(dòng)化運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展和進(jìn)步。通過(guò)計(jì)算機(jī)可以編程實(shí)現(xiàn)對(duì)人類大腦進(jìn)行模仿，比如收集、分析、處理、交換以及回饋信息，因此計(jì)算機(jī)通過(guò)對(duì)人類大腦的模仿會(huì)在很大程度上帶動(dòng)了電氣自動(dòng)化的快速發(fā)展。在我們?nèi)粘５纳a(chǎn)、交換、流通和分配中，無(wú)時(shí)無(wú)刻都需要電氣工程自動(dòng)化的控制，通過(guò)自動(dòng)化控制，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的電氣工程，這樣可以節(jié)約人力資源，提高工作效率，進(jìn)而使得生產(chǎn)和工作的總體效率得到提高。1.3我國(guó)人工智能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀隨著人工智能技術(shù)在世界范圍內(nèi)的快速發(fā)展，其亦推動(dòng)了電氣工程自動(dòng)化的人工智能技術(shù)的發(fā)展，且從事技術(shù)研究的隊(duì)伍在不斷壯大。各國(guó)政府高度重視人工智能相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，自人工智能誕生至今，各國(guó)都紛紛加大對(duì)人工智能的科研投入。我國(guó)電氣工程自動(dòng)化人工智能技術(shù)研究的內(nèi)容包括：如何將人工智能系統(tǒng)應(yīng)用于電氣工程故障預(yù)測(cè)、診斷、維修；如何將人工智能應(yīng)用于電器產(chǎn)品優(yōu)化、設(shè)計(jì)；如何將人工智能系統(tǒng)應(yīng)用于電器產(chǎn)品控制、保護(hù)。人工智能系統(tǒng)要求綜合應(yīng)用電機(jī)電器學(xué)科知識(shí)、電磁場(chǎng)、電路等，及充分利用先前設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行新設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)以往的電器產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)該立足于經(jīng)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，并采取手工的方式，實(shí)踐證明，該種設(shè)計(jì)方法在制定優(yōu)秀設(shè)計(jì)方案時(shí)，其設(shè)計(jì)效率不高。隨著科技時(shí)代的到來(lái)，尤其是計(jì)算機(jī)的發(fā)展與普及，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，其應(yīng)該逐步將傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)取締，其意義在于：縮短了電器產(chǎn)品研發(fā)周期。尤其是人工智能技術(shù)得到推廣和應(yīng)用以來(lái)，電器產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率也得到質(zhì)的提高。專家系統(tǒng)及遺傳算法屬于電氣設(shè)計(jì)人工智能技術(shù)應(yīng)用的主要方面：遺傳算法--源于對(duì)先進(jìn)算法的優(yōu)化所得，其主要作用于電器產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，且其作用相當(dāng)明顯。因此，人工智能化設(shè)計(jì)電器產(chǎn)品時(shí)，其開展優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的慣用手段便為遺傳算法。人工智能技術(shù)有助于將電氣設(shè)備故障間優(yōu)勢(shì)及預(yù)兆最大化發(fā)揮出來(lái)，其主要被應(yīng)用于專家系統(tǒng)、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方面。變壓器在電力系統(tǒng)中的地位一直未曾改變，因此，眾多研究人員往往會(huì)對(duì)其進(jìn)行高度關(guān)注?？偨Y(jié)現(xiàn)階段變壓器故障診斷手段，最常見(jiàn)的方法便為分析變壓器油內(nèi)氣體含量，通過(guò)分析油內(nèi)氣體，有助于將變壓器故障出現(xiàn)的范圍明確在一定范圍內(nèi)。與此同時(shí)，發(fā)電機(jī)及電動(dòng)機(jī)方面的人工智能診斷技術(shù)也取得了相當(dāng)大的突破。第2章人工智能理論概述2.1人工智能的基本概念人工智能技術(shù)作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)重要分支將智能的本質(zhì)闡述了出來(lái)，生產(chǎn)出一種具有人類智能的機(jī)器。其研究的主要內(nèi)容有對(duì)圖像和語(yǔ)言的識(shí)別、專家系統(tǒng)、語(yǔ)言處理以及機(jī)器人等系統(tǒng)。人工智能控制技術(shù)的主要方法有模糊控制、基于知識(shí)的專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和集成智能控制等,以及常用優(yōu)化算法有:遺傳算法、蟻群算法、免疫算法等。2.2人工智能控制技術(shù)的主要方法2.2.1模糊控制模糊控制以模糊集合、模糊語(yǔ)言變量、模糊推理為其理論基礎(chǔ),以先驗(yàn)知識(shí)和專家經(jīng)驗(yàn)作為控制規(guī)則。其基本思想是用機(jī)器模擬人對(duì)系統(tǒng)的控制,就是在被控對(duì)象的模糊模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用模糊控制器近似推理等手段,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制。在實(shí)現(xiàn)模糊控制時(shí)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。模糊控制系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，它是以模糊數(shù)學(xué)、模糊語(yǔ)言形式的知識(shí)表示以及模糊邏輯的推理規(guī)則為理論基礎(chǔ)，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)。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。2.2.2專家控制專家控制是將專家系統(tǒng)的理論技術(shù)與控制理論技術(shù)相結(jié)合,仿效專家的經(jīng)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)控制的一種智能控制。主體由知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)構(gòu)組成,通過(guò)對(duì)知識(shí)的獲取與組織,按某種策略適時(shí)選用恰當(dāng)?shù)囊?guī)則進(jìn)行推理,以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的控制。專家控制可以靈活地選取控制率,靈活性高;可通過(guò)調(diào)整控制器的參數(shù),適應(yīng)對(duì)象特性及環(huán)境的變化,適應(yīng)性好;通過(guò)專家規(guī)則,系統(tǒng)可以在非線性、大偏差的情況下可靠地工作,魯棒性強(qiáng)。2.2.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬人腦神經(jīng)元的活動(dòng),利用神經(jīng)元之間的聯(lián)結(jié)與權(quán)值的分布來(lái)表示特定的信息,通過(guò)不斷修正連接的權(quán)值進(jìn)行自我學(xué)習(xí),以逼近理論為依據(jù)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模,并以直接自校正控制、間接自校正控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制等方式實(shí)現(xiàn)智能控制。2.2.4集成智能控制智能控制技術(shù)的集成包括兩方面:一方面是將幾種智能控制方法或機(jī)理融合在一起,構(gòu)成高級(jí)混合智能控制系統(tǒng),如模糊神經(jīng)(FNN)控制系統(tǒng)、基于遺傳算法的模糊控制系統(tǒng)、模糊專家系統(tǒng)等;另一方面是將智能控制技術(shù)與傳統(tǒng)控制理論結(jié)合,形成智能復(fù)合型控制器,如模糊PID控制、神經(jīng)元PID控制、模糊滑?？刂啤⑸窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)控制等。2.3人工智能控制技術(shù)常用的優(yōu)化算法2.3.1遺傳算法遺傳算法(GA)是一種基于模擬遺傳機(jī)制和進(jìn)化論的并行隨機(jī)搜索優(yōu)化算法。遺傳算法依照所選擇的適配值函數(shù),通過(guò)遺傳中的復(fù)制、交叉及變異對(duì)個(gè)體進(jìn)行篩選,使適配值高的個(gè)體被保留下來(lái),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(fù)始,群體中個(gè)體適應(yīng)度不斷提高,直到滿足一定的條件。2.3.2蟻群算法蟻群算法是群體智能的典型實(shí)現(xiàn),是一種基于種群尋優(yōu)的啟發(fā)式搜索算法。蟻群算法的基本思想:當(dāng)一只螞蟻在給定點(diǎn)進(jìn)行路徑選擇時(shí)。被先行螞蟻選擇次數(shù)越多的路徑。被選中的概率越大。蟻群算法不僅能夠智能搜索、全局優(yōu)化,而且具有魯棒性、正反饋、分布式計(jì)算、易與其它算法結(jié)合等特點(diǎn)。第3章電氣自動(dòng)化的智能技術(shù)應(yīng)用分析3.1故障診斷中的應(yīng)用在電氣設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行中，故障的發(fā)生是在所難免的。而故障產(chǎn)生的原因往往在于人們無(wú)法及時(shí)對(duì)設(shè)備問(wèn)題作出判斷。采取電氣工程自動(dòng)化的智能技術(shù)，能夠有效利用計(jì)算機(jī)程序?qū)收想[患進(jìn)行準(zhǔn)確、全面的診斷，防止故障的突然發(fā)生。一般情況下，智能化技術(shù)通過(guò)對(duì)變壓器中分解出的氣體進(jìn)行分析，然后明確故障可能發(fā)生的范圍，并鎖定具體的位置進(jìn)行專業(yè)的檢修和處理。3.2智能控制的應(yīng)用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，包括一些高等的控制，這些操作具備一定的難度和危險(xiǎn)性。有效地利用智能化技術(shù)進(jìn)行電氣工程的自動(dòng)化控制，可以實(shí)現(xiàn)人工智能下的遠(yuǎn)程操作和無(wú)人操作。這樣就避免了人為操作所產(chǎn)生的安全隱患，也讓電氣自動(dòng)化系統(tǒng)達(dá)到了自主化和高效化的新高度，擴(kuò)展了智能化技術(shù)在電氣自動(dòng)化工程中的發(fā)展空間。3.3優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用電氣設(shè)備中的程序設(shè)計(jì)紛繁復(fù)雜，需要結(jié)合電子電力技術(shù)、電磁場(chǎng)、變壓器及電路等眾多問(wèn)題進(jìn)行分析，這就給了相關(guān)設(shè)計(jì)人員提出了較高的要求。再加上傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式較陳舊，方案的通過(guò)率低，修改的幅度大，在整個(gè)程序的設(shè)計(jì)上就消耗了大量財(cái)力、物力和精力。智能技術(shù)的有效應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，以計(jì)算機(jī)軟件為設(shè)計(jì)中心，大大減少了設(shè)計(jì)時(shí)間，提升了方案的可用性和質(zhì)量?？傮w而言，電氣工程自動(dòng)化智能技術(shù)的發(fā)展對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)有著重要作用。3.4智能技術(shù)應(yīng)用前景3.4.1性能方面的發(fā)展人工智能在自動(dòng)化系統(tǒng)中的運(yùn)用，逐步帶動(dòng)了電氣工程控制向高新技術(shù)的發(fā)展。從性能方面看，智能化技術(shù)賦予了電氣工程高質(zhì)量、高精度和高速度的特點(diǎn)，使電氣工程發(fā)展實(shí)現(xiàn)標(biāo)志性蛻變。同時(shí)，智能技術(shù)與電氣化系統(tǒng)的不斷融合，促進(jìn)了電氣自動(dòng)化水平中各關(guān)鍵指標(biāo)的飛速提升，在未來(lái)的性能方面，勢(shì)必會(huì)促進(jìn)電氣系統(tǒng)更加高效、精準(zhǔn)。3.4.2功能方面的發(fā)展利用電氣工程自動(dòng)化中用戶界面化和圖形化的技術(shù)要素能有效加強(qiáng)智能技術(shù)的控制作用，使用戶界面的智能菜單和窗口更具便利性，從而簡(jiǎn)化了操作，更有助于非專業(yè)技術(shù)人員的使用。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的cad設(shè)計(jì)功能，能夠減少設(shè)計(jì)周期，降低生產(chǎn)成本并提高產(chǎn)品的質(zhì)量，是一種可視化的數(shù)字技術(shù)。而通過(guò)電氣工程控制系統(tǒng)中高性能plc的安裝，能夠?yàn)橛脩籼峁┍憬莸男薷暮途庉?，完善個(gè)人應(yīng)用程序。最后還可以利用多媒體的技術(shù)功能，調(diào)節(jié)電氣工程的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，綜合、智能地對(duì)反饋信息進(jìn)行分析和處理。3.4.3結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展通過(guò)智能技術(shù)的結(jié)合，電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)能夠在結(jié)構(gòu)體系上進(jìn)行發(fā)展和轉(zhuǎn)型，由原先的結(jié)合型朝著網(wǎng)絡(luò)化、模塊化和集成化不斷發(fā)展。led新型顯示技術(shù)具備輕質(zhì)量、小體積等優(yōu)勢(shì)，是科技發(fā)展下的產(chǎn)物。利用led顯示設(shè)備能夠以超大尺寸顯示信息，在很大程度上促進(jìn)了自動(dòng)化系統(tǒng)中顯示性能的提高。另外，智能技術(shù)對(duì)電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型作用，實(shí)現(xiàn)了模塊化的電力系統(tǒng)，有利于推進(jìn)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化。而網(wǎng)絡(luò)的便捷性緊密聯(lián)合了各機(jī)床屏幕，使得電力工程自動(dòng)系統(tǒng)的控制更加簡(jiǎn)單，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作和遠(yuǎn)程操控的高新技術(shù)控制手段。3.4.4技術(shù)方面的發(fā)展在信息社會(huì)的不斷發(fā)展中，融智能技術(shù)于電氣工程自動(dòng)化中是未來(lái)電氣工程發(fā)展的主流趨勢(shì)，因此從其技術(shù)層面上說(shuō)，智能技術(shù)會(huì)不斷推進(jìn)電器工程自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。從電氣工程的設(shè)計(jì)到控制再到檢修，智能技術(shù)的運(yùn)用全面覆蓋了整個(gè)電氣工程自動(dòng)系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新興的人工智能勢(shì)必會(huì)研發(fā)出新的技術(shù)，促進(jìn)電氣工程自動(dòng)化智能水平更加高級(jí)化。3.4.5柔性化的發(fā)展柔性化是指電氣工程中的數(shù)控與群控兩大系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)能夠通過(guò)其強(qiáng)大的覆蓋面和裁剪性滿足客戶的實(shí)際要求。而群控系統(tǒng)是按照具體的生產(chǎn)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，能夠最大化的發(fā)揮系統(tǒng)作用，完成物料流和信息流動(dòng)態(tài)的調(diào)控。智能化技術(shù)的發(fā)展能夠有效的促進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)與群控系統(tǒng)的柔性化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)電氣工程自動(dòng)系統(tǒng)更好的控制與調(diào)節(jié)。模糊控制在電氣工程自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用情況隨著智能控制技術(shù)的不斷發(fā)展,很多研究人員展開了針對(duì)智能控制技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化控制方面的研究,例如:應(yīng)該如何將人工智能系統(tǒng)應(yīng)用于故障的診斷和預(yù)測(cè)、電氣產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化和保護(hù)與控制等領(lǐng)域。在優(yōu)化設(shè)計(jì)方面,設(shè)計(jì)電氣設(shè)備是很繁瑣的工作。它需要對(duì)電磁場(chǎng)、電路、電器電機(jī)等學(xué)科的知識(shí)綜合性的運(yùn)用,同時(shí)還要使用以往設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)以往的產(chǎn)品時(shí),通常是在根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)手工的方式開展的。這樣的設(shè)計(jì)過(guò)程很難取得最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。電氣產(chǎn)品的設(shè)計(jì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,逐漸由手工設(shè)計(jì)向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)不斷轉(zhuǎn)變,使開發(fā)產(chǎn)品的周期大大減少。尤其是在引進(jìn)了智能控制技術(shù)之后,更加促進(jìn)了CAD技術(shù)的發(fā)展,大大提高了設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量和效率。智能控制技術(shù)在電氣設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用主要包括專家系統(tǒng)和遺傳算法。其中的遺傳算法是一種優(yōu)化的先進(jìn)算法,在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)優(yōu)化上有舉足輕重的作用。因此電氣產(chǎn)品的智能控制技術(shù)設(shè)計(jì)很多都采用了這種方式進(jìn)行優(yōu)化。電氣設(shè)備的故障征兆和故障之間有著很多必然和偶然的關(guān)系,具有非線性、不確定性的特點(diǎn),它的優(yōu)勢(shì)能夠通過(guò)智能控制的方式得到最大的發(fā)揮。智能控制技術(shù)在電氣設(shè)備診斷故障方面的應(yīng)用主要由:專家系統(tǒng)、模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。在電力系統(tǒng)之中,變壓器因?yàn)橹匾牡匚欢艿胶芏嘌芯空叩年P(guān)注。目前診斷變壓器故障的常用方法主要是分析變壓器油中分解出來(lái)的氣體,通過(guò)這種氣體分析找出變壓器的故障范圍。同時(shí)在電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)等方面,人工智能診斷故障技術(shù)也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。4.1模糊控制的應(yīng)用研究4.1.1模糊控制的基本原理模糊控制系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，它是以模糊數(shù)學(xué)、模糊語(yǔ)言形式的知識(shí)表示以及模糊邏輯的推理規(guī)則為理論基礎(chǔ)，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)。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[2-3]。圖4.1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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，模糊控制系統(tǒng)組成框圖如圖4.1所示。由圖可知，模糊控制系統(tǒng)通常由模糊控制器、輸入/輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對(duì)象和測(cè)量裝置等五個(gè)部分組成。(1)被控對(duì)象被控對(duì)象可以是確定的或模糊的、單變量或多變量的、有滯后或無(wú)滯后的、定常的或時(shí)變的也可以是線性的或非線性的。對(duì)于那些難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜對(duì)象，更適宜采用模糊控制。(2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)除了電氣的以外，如各類交、直流電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，伺服電動(dòng)機(jī)，還有各類氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液壓閥等。(3)模糊控制器是控制系統(tǒng)中的核心部分，是一種采用基于模糊知識(shí)表示和規(guī)則推理的語(yǔ)言型控制器。(4)輸入/輸出接口在實(shí)際控制系統(tǒng)中由于多數(shù)被控對(duì)象的控制量及其可觀測(cè)狀態(tài)是模擬量。因此模糊控制系統(tǒng)與通常的全數(shù)字控制系統(tǒng)一樣必須具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元。而且在模糊控制系統(tǒng)中還應(yīng)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。(5)測(cè)量裝置它是將被控對(duì)象的各種待測(cè)量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一類裝置，通常由各類數(shù)字或模擬的測(cè)量?jī)x器、檢測(cè)元件或者傳感器等組成。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(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，因此要求其精度高、可靠性及穩(wěn)定性好。4.1.2模糊控制器的組成模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，一個(gè)模糊控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，主要取決于模糊控制器的結(jié)構(gòu)、采用的模糊規(guī)則、合成推理算法以及模糊決策的方法等因素。由于所采用的模糊規(guī)則是由模糊理論中模糊條件語(yǔ)句來(lái)描述的，因此模糊控制器是一種語(yǔ)言型控制器，故也稱為模糊語(yǔ)言控制器。模糊控制器的組成框圖如圖4.2所示。它包括有：入量模糊化接口、數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)、推理機(jī)和解模糊接口五個(gè)部分。圖4.2模糊控制組成(1)模糊化接口模糊控制器的輸入必須通過(guò)模糊化才能用于模糊控制器輸出求解，因此它實(shí)際上是模糊控制器的輸入接口。它的主要作用是將真實(shí)的確定量輸入轉(zhuǎn)換成一個(gè)模糊矢量。(2)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)所存放的是所有輸入、輸出變量的全部模糊子集的隸屬度值(即經(jīng)過(guò)論域等級(jí)的離散化以后對(duì)應(yīng)值的集合)，若論域?yàn)檫B續(xù)域，則為隸屬度函數(shù)。在規(guī)則推理的模糊關(guān)系方程求解過(guò)程中，它向模糊推理提供數(shù)據(jù)。(3)規(guī)則庫(kù)模糊控制器的規(guī)則是基于專家知識(shí)或手動(dòng)操作人員長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，它是按人的直接推理的一種語(yǔ)言表示形式。規(guī)則庫(kù)是用來(lái)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。(4)推理機(jī)模糊推理是模糊控制器的核心，它具有模擬人的基于模糊概念的推理能力。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(lái)求解模糊關(guān)系方程，并獲得模糊控制量。(5)解模糊接口為了將模糊控制量轉(zhuǎn)換為精確量，由模糊控制器的輸出接口作“解模糊”處理(即清晰化)，清晰化的作用是將模糊推理得到的模糊控制量變換為實(shí)際用于控制的清晰量。模糊控制以現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ),同時(shí)與自適應(yīng)控制技術(shù)、人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的相結(jié)合,在控制領(lǐng)域得到了空前的應(yīng)用。1、Fuzzy-PID復(fù)合控制Fuzzy-PID復(fù)合控制將模糊技術(shù)與常規(guī)PID控制算法相結(jié)合，達(dá)到較高的控制精度。當(dāng)溫度偏差較大時(shí)采用Fuzzy控制，響應(yīng)速度快，動(dòng)態(tài)性能好；當(dāng)溫度偏差較小時(shí)采用PID控制，靜態(tài)性能好，滿足系統(tǒng)控制精度。因此它比單個(gè)的模糊控制器和單個(gè)的PID調(diào)節(jié)器都有更好的控制性能。2、自適應(yīng)模糊控制這種控制方法具有自適應(yīng)自學(xué)習(xí)的能力，能自動(dòng)地對(duì)自適應(yīng)模糊控制規(guī)則進(jìn)行修改和完善，提高了控制系統(tǒng)的性能。對(duì)于那些具有非線性、大時(shí)滯、高階次的復(fù)雜系統(tǒng)有著更好的控制性能。3、參數(shù)自整定模糊控制也稱為比例因子自整定模糊控制。這種控制方法對(duì)環(huán)境變化有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，在隨機(jī)環(huán)境中能對(duì)控制器進(jìn)行自動(dòng)校正，使得控制系統(tǒng)在被控對(duì)象特性變化或擾動(dòng)的情況下仍能保持較好的性能。4、專家模糊控制EFC(ExpertFuzzyController)模糊控制與專家系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步提高了模糊控制器智能水平。這種控制方法既保持了基于規(guī)則方法的價(jià)值和用模糊集處理帶來(lái)的靈活性，同時(shí)把專家系統(tǒng)技術(shù)的表達(dá)與利用知識(shí)的長(zhǎng)處結(jié)合起來(lái)，能夠處理更廣泛的控制問(wèn)題。5、仿人智能模糊控制IC算法具有比例模式和保持模式兩種基本模式的特點(diǎn)。這兩種特點(diǎn)使得系統(tǒng)在誤差絕對(duì)值變化時(shí)，可處于閉環(huán)運(yùn)行和開環(huán)運(yùn)行兩種狀態(tài)。這就能妥善解決穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性的矛盾，較好地應(yīng)用于純滯后對(duì)象。6、神經(jīng)模糊控制(Neuro-FuzzyControl)這種控制方法以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，利用了模糊邏輯具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性知識(shí)表達(dá)能力，即描述系統(tǒng)定性知識(shí)的能力、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力以及定量數(shù)據(jù)的直接處理能力。7、多變量模糊控制這種控制適用于多變量控制系統(tǒng)。一個(gè)多變量模糊控制器有多個(gè)輸入變量和輸出變量。4.2基于模糊控制的電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)4.2.1異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)仿真模型根據(jù)模糊控制器的理論設(shè)計(jì)，借助Matlab的Simulink工具箱、Fuzzy工具箱和SimPowersystems工具箱建立如圖4.1所示交流電機(jī)模糊控制軟啟動(dòng)仿真系統(tǒng)。它主要有三相交流電壓源、三相交流調(diào)壓模塊、異步電動(dòng)機(jī)和電氣量測(cè)量模塊等。三相交流電壓源用三個(gè)單相交流電壓源構(gòu)成,通過(guò)設(shè)定正確的相位、頻率和幅值即可。三相交流調(diào)壓模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.2所示,調(diào)壓電路由三對(duì)反向并聯(lián)的晶閘管構(gòu)成。同步脈沖發(fā)生器使用電氣系統(tǒng)附加模塊庫(kù)里的同步六脈沖發(fā)生器,由于三相交流調(diào)壓電路的控制角基準(zhǔn)點(diǎn)定在各相電壓過(guò)零點(diǎn)處,而脈沖發(fā)生器的同步信號(hào)是采用線電壓信號(hào),因?yàn)榫€電壓與相電壓相差30°,所以另外增加三個(gè)電壓源,其角度與前面三相交流電壓源相角相差30°即可。圖4.1異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)仿真模型圖4.2三相交流調(diào)壓模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4.2.2異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)的仿真利用上述仿真模型進(jìn)行對(duì)起動(dòng)進(jìn)行仿真,電動(dòng)機(jī)的參數(shù)為：額定功率,額定電壓,頻率,定子電阻,定子電感，轉(zhuǎn)子電阻,轉(zhuǎn)子電感,互感,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。晶閘管觸發(fā)角初值設(shè)定為30°，啟