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摘要:当前,电气设备的优化设计过程中逐渐引入了人工智能技术,并取得了一些成功经验。本文在总结人工智能在电气设备领域取得成果的基础上,对具体应用提出一些看法与策略。
关键词:人工智能 自动化 应用
0 引言
人工智能完全不同于传统学科,它完全摆脱了传统方法的束缚,是一门新兴前沿的学科。人工智能通过计算机的利用进而对人类的智能活动进行模拟,该技术能解决传统方法难以解决的问题,甚至无法解决的问题。人工智能技术发展至今,其不仅突破了在理论方面的研究,还获得了社会效益和经济效益的双赢,在国防、航空、医疗、电力等领域广泛应用了该技术。本文就人工智能在电力领域的应用进行分析和探索。
1 人工智能理论分析
AI为人工智能的英文缩写。作为一门边沿学科,人工智能处于自然科学和社会科学的交叉。其涉及范围较为广泛,不仅涉及哲学和认知科学、数学、计算机科学,还涉及到心理学、控制论、不定性论等。人工智能研究内容非常多,主要有:自然语言处理、智能搜索、知识表现、推理、规划、人工生命、知识获取、机器学习、软计算、模式识别、逻辑程序设计、复杂系统、遗感知问题、不精确和不确定的管理、神经网络、传算法等。该技术主要应用于智能控制、机器人学、遗传编程、语言和图像理解。
2 人工智能控制器的优势
AI函数近似器相比常规的函数估计器,其具有更多的优势。
2.1 AI函数近似器设计时不需要对对象的模型进行控制。
2.2 通过适当的调整,能提高AI函数近似器的性能。
2.3 与古典控制器相比,AI函数近似器更容易调节。
2.4 在设计AI函数近似器时,即便没有必须专家知识也可以通过响应数据来完成。
2.5 运用语言和响应信息也可以对AI函数近似器进行设计。
2.6 AI函数近似器有非常好的一致性,其与驱动器的特性无关。
3 案例:AI人工智能调节器在恒压供水中的应用
3.1 工作原理 AI-808人工智能调节器、变频器、阀门、控制接触器组、压力变送器水泵等组成了AI人工智能系统。其工作原理为:水总管压力由压力传感器检测出,并经过变送器直至AI-808仪表,比较设定值就可以得出压力误差和误差变化率,根据控制算法进行运算后,将输出控制信号送至变频器控制端,然后通过调节频率,要让出水管压达到相关的要求指标。当增加用户和水量时,供水压力需求无法从一台变频达到50Hz的水泵中得到满足,因此,AI-808调节器的压力低信号就会被PLC检测出来,在加入另1台水泵工频运行时要按照其逻辑及工艺要求进行;同样,当用户用水量下降后,AI-808调节器的水压高信号就会传送到PLC,使其中1台工频水泵退出该运行。
3.2 控制算法 采用模糊控制算法用于电气自动化控制开始,且其误差e=Y—s会很大,即偏差lel≥EM时(EM为双模控制算法e的边界值),这样就能使得系统具有较好的动态性能。采用改进PID控制算法用于误差逐渐减小,即偏差leI 整量化并模糊化误差e和误差变化率c后,可以采用带修正因子的模糊控制规则:P=[ae+(1+a)c],该式中,P代表控制量U的整量化值;a代表修正因子,其为0和l之间的数。
为改变双模算法的模糊控制规则可以通过改变a的值来实现,从而系统的动态品质也会被改变。在调节过程中AI调节器具有自学习和自调整的功能。
3.3 可编程控制器 可编程控制器选用FX1N系列,输出为继电器类型。因水泵的自动切换等逻辑功能只能由PLC完成,且PLC也只能完成该功能。因此,量输入输出模块不需进行模拟,这样就使得节约了成本,AI-808人工智能仪表完成系统的压力闭环控制,相比较为简单的PID算法,其算法更具有优越性。
3.4 变频器 水泵型负载可以采用艾默生TD2000—4T2000P型变频器。频率的控制可以通过手动电位计或AI-808调节器输出的电流信号来进行。通过操作台手动或自动开关来实现这两种模式的切换。
3.5 控制台 手动和自动是系统控制台的两种操作方式。在手动模式下,可以单独开启或停止每一台水泵和阀门,可以通过电位计手动调节变频器频率;在自动状态下,投入运行的水泵可通过开关的选择来确定,这样就可以使得某台水泵在维修过程中,可以让其先退出自动运行的状态,且还不会影响到系统的正常运行。除了PLC、AI-808调节器外,控制台通常还会设置水位显示仪、分管压力显示仪和频率表。
3.6 参数设置 丰富的用户设置方式可由AI-808调节器提供,这样对于不同的控制其都能达到满意的控制效果。
系统的静态和动态性能由参数设置决定,该系统的参数设置如下:
给定值:0.43Mpa-0.47Mpa。
HIAL:上限报警,不用。
LOAL:下限报警,不用。
dHAL:正偏差报警,用于控制水泵的切换,Dhal=0.05。
dLAL:负偏差报警,用于控制水泵的切换,dLAL=0.05。
Df:回差,用于防止由于测量输入值的波动而出现频繁调节作用,避免内位式在回差范围的调节不起作用,Dr=0.05。
Ctrl:控制方式,采用PID调节或A1人工智能调节,Ctrl=1。
M5:保持参数,算法中的积分作用主要由其决定调节,类似于PID积分时间,系统积分作用随着M5越小而变得越强。M5=0时,积分和A1人工智调节取消,变为PD调节器,此时系统值为25。
P:速率参数,其与每秒内仪表输出变化100%时的测量值的变化大小成正比關系,P=1000/每秒测量值的升高单位值,P=5。
T:滞后时间,当t逐渐变小时,比例和积分作用都会随之增强,微分作用就会被逐渐减弱,整体反馈作用也会随之增强。
Ctl:输出周期,仪表运算调节的快慢由其所反映,Ctl=2。
Sn:输入反馈信号类型,当Sn=33时,信号为1V-5V。
4 案例简析
在工业和民用供水系统中已广泛采用恒压供水,因系统不确定的负荷变化,为实现压力控制的动态特性指标通过对传统的PID算法的采用,这很难达到理想的效果。采用多种进口的调节器用于恒压供水自动化控制系统的设计时,不能稳定系统的动态特性指标。因此,通过模糊控制方法在恒压系统中的应用,其具起到了很好的效果。为实现水厂的全自动化恒压供水,在实施过程中,主控制器就要选用AI-808人工智能调节器,并与FX1N PLC逻辑控制功能相结合。
参考文献:
[1]陆伟民.人工智能技术及应用[M].上海:同济大学出版社,2008.
[2]张培铭,缪希仁等.展望21世纪电器发展方向——人工智能电器[J].电工技术杂志,2006(4).
[3]陈洪峰.国内电气自动化发展状况与趋势[J].科技创新导报,2009.
关键词:人工智能 自动化 应用
0 引言
人工智能完全不同于传统学科,它完全摆脱了传统方法的束缚,是一门新兴前沿的学科。人工智能通过计算机的利用进而对人类的智能活动进行模拟,该技术能解决传统方法难以解决的问题,甚至无法解决的问题。人工智能技术发展至今,其不仅突破了在理论方面的研究,还获得了社会效益和经济效益的双赢,在国防、航空、医疗、电力等领域广泛应用了该技术。本文就人工智能在电力领域的应用进行分析和探索。
1 人工智能理论分析
AI为人工智能的英文缩写。作为一门边沿学科,人工智能处于自然科学和社会科学的交叉。其涉及范围较为广泛,不仅涉及哲学和认知科学、数学、计算机科学,还涉及到心理学、控制论、不定性论等。人工智能研究内容非常多,主要有:自然语言处理、智能搜索、知识表现、推理、规划、人工生命、知识获取、机器学习、软计算、模式识别、逻辑程序设计、复杂系统、遗感知问题、不精确和不确定的管理、神经网络、传算法等。该技术主要应用于智能控制、机器人学、遗传编程、语言和图像理解。
2 人工智能控制器的优势
AI函数近似器相比常规的函数估计器,其具有更多的优势。
2.1 AI函数近似器设计时不需要对对象的模型进行控制。
2.2 通过适当的调整,能提高AI函数近似器的性能。
2.3 与古典控制器相比,AI函数近似器更容易调节。
2.4 在设计AI函数近似器时,即便没有必须专家知识也可以通过响应数据来完成。
2.5 运用语言和响应信息也可以对AI函数近似器进行设计。
2.6 AI函数近似器有非常好的一致性,其与驱动器的特性无关。
3 案例:AI人工智能调节器在恒压供水中的应用
3.1 工作原理 AI-808人工智能调节器、变频器、阀门、控制接触器组、压力变送器水泵等组成了AI人工智能系统。其工作原理为:水总管压力由压力传感器检测出,并经过变送器直至AI-808仪表,比较设定值就可以得出压力误差和误差变化率,根据控制算法进行运算后,将输出控制信号送至变频器控制端,然后通过调节频率,要让出水管压达到相关的要求指标。当增加用户和水量时,供水压力需求无法从一台变频达到50Hz的水泵中得到满足,因此,AI-808调节器的压力低信号就会被PLC检测出来,在加入另1台水泵工频运行时要按照其逻辑及工艺要求进行;同样,当用户用水量下降后,AI-808调节器的水压高信号就会传送到PLC,使其中1台工频水泵退出该运行。
3.2 控制算法 采用模糊控制算法用于电气自动化控制开始,且其误差e=Y—s会很大,即偏差lel≥EM时(EM为双模控制算法e的边界值),这样就能使得系统具有较好的动态性能。采用改进PID控制算法用于误差逐渐减小,即偏差leI
为改变双模算法的模糊控制规则可以通过改变a的值来实现,从而系统的动态品质也会被改变。在调节过程中AI调节器具有自学习和自调整的功能。
3.3 可编程控制器 可编程控制器选用FX1N系列,输出为继电器类型。因水泵的自动切换等逻辑功能只能由PLC完成,且PLC也只能完成该功能。因此,量输入输出模块不需进行模拟,这样就使得节约了成本,AI-808人工智能仪表完成系统的压力闭环控制,相比较为简单的PID算法,其算法更具有优越性。
3.4 变频器 水泵型负载可以采用艾默生TD2000—4T2000P型变频器。频率的控制可以通过手动电位计或AI-808调节器输出的电流信号来进行。通过操作台手动或自动开关来实现这两种模式的切换。
3.5 控制台 手动和自动是系统控制台的两种操作方式。在手动模式下,可以单独开启或停止每一台水泵和阀门,可以通过电位计手动调节变频器频率;在自动状态下,投入运行的水泵可通过开关的选择来确定,这样就可以使得某台水泵在维修过程中,可以让其先退出自动运行的状态,且还不会影响到系统的正常运行。除了PLC、AI-808调节器外,控制台通常还会设置水位显示仪、分管压力显示仪和频率表。
3.6 参数设置 丰富的用户设置方式可由AI-808调节器提供,这样对于不同的控制其都能达到满意的控制效果。
系统的静态和动态性能由参数设置决定,该系统的参数设置如下:
给定值:0.43Mpa-0.47Mpa。
HIAL:上限报警,不用。
LOAL:下限报警,不用。
dHAL:正偏差报警,用于控制水泵的切换,Dhal=0.05。
dLAL:负偏差报警,用于控制水泵的切换,dLAL=0.05。
Df:回差,用于防止由于测量输入值的波动而出现频繁调节作用,避免内位式在回差范围的调节不起作用,Dr=0.05。
Ctrl:控制方式,采用PID调节或A1人工智能调节,Ctrl=1。
M5:保持参数,算法中的积分作用主要由其决定调节,类似于PID积分时间,系统积分作用随着M5越小而变得越强。M5=0时,积分和A1人工智调节取消,变为PD调节器,此时系统值为25。
P:速率参数,其与每秒内仪表输出变化100%时的测量值的变化大小成正比關系,P=1000/每秒测量值的升高单位值,P=5。
T:滞后时间,当t逐渐变小时,比例和积分作用都会随之增强,微分作用就会被逐渐减弱,整体反馈作用也会随之增强。
Ctl:输出周期,仪表运算调节的快慢由其所反映,Ctl=2。
Sn:输入反馈信号类型,当Sn=33时,信号为1V-5V。
4 案例简析
在工业和民用供水系统中已广泛采用恒压供水,因系统不确定的负荷变化,为实现压力控制的动态特性指标通过对传统的PID算法的采用,这很难达到理想的效果。采用多种进口的调节器用于恒压供水自动化控制系统的设计时,不能稳定系统的动态特性指标。因此,通过模糊控制方法在恒压系统中的应用,其具起到了很好的效果。为实现水厂的全自动化恒压供水,在实施过程中,主控制器就要选用AI-808人工智能调节器,并与FX1N PLC逻辑控制功能相结合。
参考文献:
[1]陆伟民.人工智能技术及应用[M].上海:同济大学出版社,2008.
[2]张培铭,缪希仁等.展望21世纪电器发展方向——人工智能电器[J].电工技术杂志,2006(4).
[3]陈洪峰.国内电气自动化发展状况与趋势[J].科技创新导报,2009.