人工智能在电气自动化控制中的应用王丽敏

人工智能在电气自动化控制中的应用王丽敏

王丽敏

（广州新科佳都科技有限公司）

摘要：随着社会发展电气自动化控制需要人工智能的优化,而人工智能在自动化控制方面的优势在这个领域也确实能够得到极大的发挥,促进自动化控制的发展进步。本文根据笔者多年的工作经验主要分析了人工智能在电气自动化控制中的应用。

关键词：人工智能;自动化控制;供水;应用

1概述

人工智能(ArtificialIntelligence),英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂的工作。电气自动化是研究与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验分析、研制开发以及电子与计算机应用等领域的一门学科。

2人工智能应用理论分析

人工智能是一门边沿学科,属于自然科学和社会科学的交叉。涉及哲学和认知科学、数学、心理学、计算机科学、控制论、不定性论、其研究范畴为自然语言处理,知识表现,智能搜索,推理,规划,机器学习,知识获取,感知问题,模式识别,逻辑程序设计,软计算,不精确和不确定的管理,人工生命,神经网络,复杂系统,遗传算法等,应用于智能控制,机器人学,语言和图像理解,遗传编程。人工智能就其本质而言,是对人的思维的信息过程的模拟。对于人的思

维模拟可以从两条道路进行,一是结构模拟,仿照人脑的结构机制,制造出“类人脑”的机器;二是功能模拟,暂时撇开人脑的内部结构,而从其功能过程进行模拟。

当今社会,计算机技术已经渗透到生产生活的方方面面,计算机编程技术的日新月异催生自动化生产,运输,传播的快速发展。

3AI人工智能调节器在供水中的应用

3.1工作原理

系统主要由AI-808人工智能调节器、变频器、控制接触器组、水泵、阀门、压力变送器等组成。由于水泵功率较大,为节约成本,只用1台变频器,3台水泵的其中2台可以采用变频调速,这样在某1台故障或维护时可以切换到另1台进行变频控制。

压力传感器检测出水总管压力,经变送器送至AI-808仪表,与设定值比较得到压力误差和误差变化率,经AI-808特有的模糊、PID相结合的控制算法运算后,将输出控制信号(4~20mA)送到变频器控制端。通过调节频率从而使出水管压达到要求指标。当用户和水量增加时,在一台水泵变频达到50Hz仍不能满足供水压力要求,PLC将检测到AI-808调节器的压力低信号,按其逻辑及工艺要求,加入另1台水泵工频运行;同样,在用户用水量下降,PLC通过收到AI-808调节器的水压高信号后,将其中1台工频水泵退出运行。

系统运行时,变频器是固定控制某一台水泵,不实施多台水泵切换的方法。这样可以避免频繁切换对系统及变频器造成的冲击,并具有较高的可靠性。同时也考虑到灵活性及检修等方面,系统可采用手动方式选择2台水泵中的1台变频运行,也可以减少某1台水泵长期低频运行所造成的损耗。

3.2控制算法

工业过程中常用的PID控制器适用于线性定常系统,而供水系统的对象时常含有非线性、时变环节,而且有些参数未知式缓慢变化,因此单独采用PID控制较难达到理想的控制效果,AI人工智能调节器采用模糊控制和改进PID__相结合的双模控制算法。

当控制开始时,误差e=Y-s较大,即偏差|e|≥EM时(EM为双模控制算法e的边界值),系统采用模糊控制算法,具有较好的动态性能。在误差逐渐减小,即偏差|e|<EM时,采用改进PID控制算法,消除积分饱和现象,使系统静态性能达到最佳。

将误差e和误差变化率c整量化及模糊化后,采用带修正因子的模糊控制规则:

P=[αe+(1+α)c]

式中：P为控制量U的整量化值;α为修正因子,介于0和1之间的数。

改变α的值可以改变双模算法的模糊控制规则,从而改变系统的动态品质。AI调节器在调节过程中具有自学习、自调整功能。

3.3AI-808人工智能工业调节器

AI-808人工智能调节器具有模糊逻辑PID调节及参数自整定功能的先进控制算法。在误差大时,运用模糊法进行调节,以消除PID饱和积分现象;当误差减小时,采用改进后的PID算法进行调节,并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。其具有无超调、高精度、参数确定简单,对复杂对象也能获得较好控制效果等特点。其整体调节效果比一般的PID算法更明显。这一点在系统调试中得到验证,起初选用日本生产的单纯PID调节器,在用水量变化和水泵投退过程中,其超调量和稳定时间均不理想,在改用AI-808智能仪表后,其动态、静态指标均满足了要求。

3.4可编程控制器

选用FX1N系列可编程控制器,输出为继电器类型。由于PLC只完成水泵自动切换等逻辑功能,所以不需要模拟量输入输出模块,从而节省了投资,系统的压力闭环控制由AI-808人工智能仪表完成,其算法的优越性远高于PLC内部较为简单的PID算法。

3.5变频器

采用艾默生TD2000-4T2000P型变频器,适用于水泵型负载。可通过手动电位计或AI-808调节器输出的电流信号来控制频率。这两

种模式的切换由操作台手动/自动开关来实现。将变频器多功能端子定义为电位计—电流信号控制模式。

3.6控制台

系统控制台设计兼顾了手动和自动两种操作方式。手动状态下,每一台水泵和阀门都可以单独开启/停止,变频器频率可通多圈电位计手动调节;在自动模式下,通过选择开关确定要投入运行的水泵,这样在某台水泵维修时,可以让其退出自动运行的行列,而不影响系统的正常运行。控制台除了PLC、AI-808调节器外,还设有水位显示仪、分管压力显示仪、频率表。

3.7参数设置

AI-808调节器提供丰富的用户设置方式,使其对不同的控制均能达到满意的控制效果。参数设置决定系统的静态和动态性能,该系统的参数设置如下:给定值:0.43~0.47Mpa

HIAL:上限报警,不用。

LOAL:下限报警,不用。

dHAL:正偏差报警,系统用于控制水泵的切换,Dhal=0.05。

dLAL:负偏差报警,系统用于控制水泵的切换,dLAL=0.05。

Df:回差(死区、滞环),用于避免因测量输入值波动而产生频繁调节作用,在回差范围内位式调节不起作用,Df=0.05。

Ctrl:控制方式,采用AI人工智能调节/PID调节,Ctrl=1。

M5:保持参数,主要决定调节算法中的积分作用,和PID积分时间类似,M5越小,系统积分作用越强。M5=0时取消积分和AI人工智调节,成为PD调节器,系统值=25。

P:速率参数,与每秒内仪表输出变化100%时测量值时应变化大小成正比,P=1000/每秒测量值的升高单位值(系统以0.1定义为

一个单位),P=5。

T:滞后时间,t越小,则比例和积分作用均成正比增强,而微分作用相对减弱,但整体反馈作用增强:反之,t越大,则比例和积分作用均减弱,而微分作用相对增强,t=4。

Ctl:输出周期,反映仪表运算调节的快慢,Ctl=2。

Sn:输入反馈信号类型,Sn=33,信号为1~5V。

结论

人工智能主要包括感知能力、思维能力和行为能力。而这诸多方面都体现了一个自动化的特征，表达了一个共同的主题，即提高机械人类意识能力，强化控制自动化，因此人工智能在电气自动化领域将会大有作为，电气自动化控制也需要人工智能的参与。