智能控制技术在电气工程自动化中的应用--模糊控制

网络教育学院本科生毕业论文（设计）题目：智能控制技术在电气工程自动化中的应用智能控制技术在电气工程自动化中的应用I内容摘要智能控制技术在电气工程自动化控制中应用可以发挥很大的作用，能有效促进电气的优化设计，智能化技术能充分发挥作用，促进电气优化的设计，及时诊断故障，并且还可实现智能控制。本文主要分析了人工智能技术及其在电气工程自动化控制中的应用。文章介绍了模糊控制的基础原理，在此基础上设计了一个模糊软起动控制器，实现交流电机恒流软起动控制。模糊软起动控制器采用二维结构，以电流偏差及偏差变化率为输入，模糊推理采用Mamdani推理法，控制器输出为晶闸管触发角的调节量。最后借助Fuzzy工具箱对设计结果进行仿真，结果表明，模糊软起动控制器结构合理，规则简单易于实现，电机软起动控制效果良好。关键词：人工智能；电气工程；模糊控制智能控制技术在电气工程自动化中的应用II目录内容摘要...........................................................................................................................I1绪论............................................................................................................................11.1人工智能简介..................................................................................................11.2人工智能研究的领域及应用..........................................................................11.3人工智能的应用现状......................................................................................11.4人工智能在电气工程领域的发展..................................................................22人工智能理论概述....................................................................................................32.1人工智能的基本概念.....................................................................................32.2人工智能控制技术的主要方法......................................................................32.3人工智能控制技术常用的优化算法.............................................................43模糊控制..................................................................................................................53.1引言....................................................................................................................53.2模糊控制的基本原理........................................................................................53.2模糊控制器的设计............................................................................................64模糊控制在电气工程自动化领域的应用情况........................................................154.1模糊控制的应用研究....................................................................................154.2基于模糊控制的电动机软启动技术............................................................165结论..........................................................................................................................20参考文献........................................................................................................................21智能控制技术在电气工程自动化中的应用11绪论1.1人工智能简介人工智能技术作为计算机科学的一个重要分支将智能的本质阐述了出来，生产出一种具有人类智能的机器。其研究的主要内容有对图像和语言的识别、专家系统、语言处理以及机器人等系统。1.2人工智能研究的领域及应用在上个世纪五十年代人工智能概念被首次提出来之后，一直处于良好的发展状态中，逐渐形成了一套以计算机作为核心，包含了心理学、生物学、控制论、自动化、信息论、医学、哲学以及数理逻辑等的一门综合性的科学。通过研究，使得机器系统能和人的智慧媲美，几乎能够完成人类完成的工作。而人工智能理论是研究和开发怎样实现对人的智能进行模拟和延伸的科学理论。人工智能技术是计算机科学的一个重要分支，它对智能的本质进行了阐述，并生产了一种和人类智能机器相似的机器。实现了多方面的研究。伴随着科技的不断发展和进步，我们日常的生产和生活中已经离不开计算机技术了。计算机编程技术促进了传播和自动化运输的发展和进步。通过计算机可以编程可以实现对人类的大脑进行模仿，比如收集、分析、处理、交换以及回馈信息，因此计算机通过对人类大脑的模仿会在很大程度上带动了电气工程自动化的快速发展。在我们日常的生产、交换、流通和分配中，无时无刻都需要电气工程自动化的控制，通过自动化控制，可以实现自动化的电气工程，这样可以节约人力资源，提高工作效率，进而使得生产和工作的总体效率得到提高。1.3人工智能的应用现状目前能够用来研究人工智能的主要物质基础以及能够实现人工智能技术平台的机器就是计算机，人工智能的发展历史是和计算机科学技术的发展史联系在一起的。除了计算机科学以外，人工智能还涉及信息论、控制论、自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学等多门学科。人工智能学科研究的主要内容包括：知识表示、自动推理和搜索方法、机器学习和知识获取、知识处理系统、自然语言理解、计算机视觉、智能机器人、自动程序设计等方面。智能控制技术在电气工程自动化中的应用21.4人工智能在电气工程领域的发展随着人工智能技术的不断发展,很多研究人员展开了针对人工智能在电气工程自动化控制方面的研究,例如:应该如何将人工智能系统应用于故障的诊断和预测、电气产品设计优化和保护与控制等领域。在优化设计方面,设计电气设备是很繁琐的工作。它需要对电磁场、电路、电器电机等学科的知识综合性的运用,同时还要使用以往设计中的经验。设计以往的产品时,通常是在根据经验和实验的基础上,通过手工的方式开展的。这样的设计过程很难取得最优的设计方案。电气产品的设计随着计算机技术的发展,逐渐由手工设计向计算机辅助设计不断转变,使开发产品的周期大大减少。尤其是在引进了人工智能技术之后,更加促进了CAD技术的发展,大大提高了设计产品的质量和效率。人工智能技术在电气设计方面的应用主要包括专家系统和遗传算法。其中的遗传算法是一种优化的先进算法,在产品的设计优化上有举足轻重的作用。因此电气产品的人工智能化设计很多都采用了这种方式进行优化。电气设备的故障征兆和故障之间有着很多必然和偶然的关系,具有非线性、不确定性的特点,它的优势能够通过人工智能的方式得到最大的发挥。人工智能技术在电气设备诊断故障方面的应用主要由:专家系统、模糊逻辑和神经网络等。在电力系统之中,变压器因为重要的地位而受到很多研究者的关注。目前诊断变压器故障的常用方法主要是分析变压器油中分解出来的气体,通过这种气体分析找出变压器的故障范围。同时在电动机和发电机等方面,人工智能诊断故障技术也有了长足的发展。智能控制技术在电气工程自动化中的应用32人工智能理论概述2.1人工智能的基本概念人工智能技术作为计算机科学的一个重要分支将智能的本质阐述了出来，生产出一种具有人类智能的机器。其研究的主要内容有对图像和语言的识别、专家系统、语言处理以及机器人等系统。人工智能控制技术的主要方法有模糊控制、基于知识的专家控制、神经网络控制和集成智能控制等,以及常用优化算法有:遗传算法、蚁群算法、免疫算法等。2.2人工智能控制技术的主要方法2.2.1模糊控制模糊控制以模糊集合、模糊语言变量、模糊推理为其理论基础,以先验知识和专家经验作为控制规则。其基本思想是用机器模拟人对系统的控制,就是在被控对象的模糊模型的基础上运用模糊控制器近似推理等手段,实现系统控制。在实现模糊控制时主要考虑模糊变量的隶属度函数的确定,以及控制规则的制定。模糊控制系统是一种自动控制系统，它是以模糊数学、模糊语言形式的知识表示以及模糊逻辑的推理规则为理论基础，采用计算机控制技术构成的一种具有反馈通道的闭环结构的数字控制系统。它的造成核心是具有智能性的模糊控制器，这也是它与其它控制系统的不同之处。2.2.2专家控制专家控制是将专家系统的理论技术与控制理论技术相结合,仿效专家的经验,实现对系统控制的一种智能控制。主体由知识库和推理机构组成,通过对知识的获取与组织,按某种策略适时选用恰当的规则进行推理,以实现对控制对象的控制。专家控制可以灵活地选取控制率,灵活性高;可通过调整控制器的参数,适应对象特性及环境的变化,适应性好;通过专家规则,系统可以在非线性、大偏差的情况下可靠地工作,鲁棒性强。2.2.3神经网络控制神经网络模拟人脑神经元的活动,利用神经元之间的联结与权值的分布来表示特定的信息,通过不断修正连接的权值进行自我学习,以逼近理论为依据进行神经网络建模,并以直接自校正控制、间接自校正控制、神经网络预测控制等方式实现智能控制。2.2.4集成智能控制智能控制技术的集成包括两方面:一方面是将几种智能控制方法或机理融合智能控制技术在电气工程自动化中的应用4在一起,构成高级混合智能控制系统,如模糊神经(FNN)控制系统、基于遗传算法的模糊控制系统、模糊专家系统等;另一方面是将智能控制技术与传统控制理论结合,形成智能复合型控制器,如模糊PID控制、神经元PID控制、模糊滑模控制、神经网络最优控制等。2.3人工智能控制技术常用的优化算法2.3.1遗传算法遗传算法(GA)是一种基于模拟遗传机制和进化论的并行随机搜索优化算法。遗传算法依照所选择的适配值函数,通过遗传中的复制、交叉及变异对个体进行筛选,使适配值高的个体被保留下来,组成新的群体,新群体既继承了上一代的信息,又优于上一代,这样周而复始,群体中个体适应度不断提高,直到满足一定的条件。2.3.2蚁群算法蚁群算法是群