劉恒愷

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學）

0 引言

電氣傳動系統(tǒng)作為現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺的基礎設施，在各行業(yè)的生產(chǎn)活動中發(fā)揮著至關重要的作用。傳統(tǒng)的電氣傳動系統(tǒng)設計多采用機械傳動方式，但其效率低、噪音大、易損壞等問題已經(jīng)逐漸顯露出來。隨著現(xiàn)代智能控制技術不斷發(fā)展和完善，越來越多的企業(yè)開始在電氣傳動系統(tǒng)中采用智能控制方式，以提高系統(tǒng)效率、工作穩(wěn)定性和網(wǎng)絡集成性等方面的性能。因此，研究智能控制在電氣傳動系統(tǒng)中的應用具有重要的理論意義和應用價值。針對這一問題，本論文將分析現(xiàn)代智能控制技術的原理與應用特點，探究其在電氣傳動系統(tǒng)中的應用研究方向，為實現(xiàn)電氣傳動系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、可靠的運行提供參考和借鑒。

1 電氣傳動設備與智能控制系統(tǒng)的發(fā)展及特點

1.1 電氣傳動系統(tǒng)

電氣傳動系統(tǒng)是指采用電力傳輸來實現(xiàn)機械工作的系統(tǒng)。它由電源、電動機、傳動機構和控制系統(tǒng)四部分組成，其中電動機扮演著關鍵角色，它將電能轉(zhuǎn)化為機械能以驅(qū)動其他運動部件工作［1］。電動機的輸出功率被傳遞到傳動機構上，使其工作，傳動機構再將動力輸出到所需要的設備上完成運轉(zhuǎn)或加工?？刂葡到y(tǒng)可以使電動機帶動的設備實現(xiàn)單向、雙向、正反轉(zhuǎn)等多種運動模式，而且還能實現(xiàn)自動控制運行過程。隨著科技的不斷進步，越來越多的企業(yè)開始采用智能化控制技術來管理電氣傳動系統(tǒng)，這種技術的應用可以有效提高生產(chǎn)效率和保障生產(chǎn)安全，同時也能夠有效降低企業(yè)的生產(chǎn)成本和運營成本。這些優(yōu)勢使得智能化控制技術在電氣傳動系統(tǒng)中得到了廣泛應用。

1.2 智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)是一種基于先進技術的控制系統(tǒng)，可以對工業(yè)生產(chǎn)、機器人、家庭及商用設備等進行精準控制［2］。該系統(tǒng)包括傳感器、執(zhí)行器、控制器、通信網(wǎng)絡和人機界面等模塊。智能控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，避免人為失誤帶來的問題和風險。此外，智能控制系統(tǒng)還可以節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，并提高生產(chǎn)效率。智能控制系統(tǒng)還可應用于家庭和商用設備中，通過智能算法控制溫度、濕度和照明等設備，使家庭和商用環(huán)境更加舒適、節(jié)能。智能控制系統(tǒng)還可以與互聯(lián)網(wǎng)和移動設備等進行無縫連接，在遠程控制和管理方面具有廣闊的應用前景?？傊?，智能控制系統(tǒng)的創(chuàng)新性和可靠性為我們的生產(chǎn)和生活提供了不可或缺的支持和保障。

2 智能控制系統(tǒng)的主要控制方式

2.1 模糊控制

模糊控制是將模糊、不確定、不固定的概念整合成為模糊集合，以控制這些概念及其應用的一種控制方法。與傳統(tǒng)控制方法不同的是，模糊控制可以有效地應對電氣傳動系統(tǒng)中存在的較多模糊性的情況，使傳統(tǒng)控制方法難以處理的問題得到有效解決［3］。模糊控制方法可以將不確定性的因素轉(zhuǎn)化為可計算的模糊度，從而進行合理的控制。通過選擇適當?shù)哪：刂品绞?，可以有效地控制具有模糊性概念的變量，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性和魯棒性的提高，并為電氣傳動系統(tǒng)的優(yōu)化控制提供了新思路和方法。因此，模糊控制具有理論與實踐相結(jié)合的特點，為電氣傳動系統(tǒng)的控制與優(yōu)化提供了強有力的支持。

2.2 單神經(jīng)元自適應控制器

單神經(jīng)元自適應控制器是一種智能控制系統(tǒng)，由單神經(jīng)元組成，具有自我學習能力。它屬于非線性控制，可以解決電力系統(tǒng)中較為復雜的問題。單神經(jīng)元自適應控制器具有結(jié)構簡單、響應速度快等優(yōu)點，已經(jīng)在市場上得到廣泛應用。

單神經(jīng)元自適應控制器運行原理如圖1所示：它能夠通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換和學習規(guī)則來逐步適應周圍環(huán)境的變化。在學習過程中，神經(jīng)元內(nèi)部的連接權重不斷被調(diào)整，使得知識結(jié)構得以優(yōu)化和更新。隨著權重的不斷調(diào)整，控制器逐漸實現(xiàn)了穩(wěn)定的狀態(tài)，開始進入后期的工作階段。此時，控制器的連接權重已經(jīng)固定下來，它會源源不斷地接收輸入數(shù)據(jù)并進行計算，輸出對應的控制信號。這樣，單神經(jīng)元自適應控制器能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的控制，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。

圖1 單神經(jīng)元控制

單神經(jīng)元自適應控制器采用有監(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，以適應周圍環(huán)境的變化［4］。具體來說，如果神經(jīng)元的輸出值為y，期望輸出值為d，學習率為η，則Delta學習規(guī)則可以表示為：Δw＝η（y-d）x。其中，Δw是權重的變化量；x是神經(jīng)元的輸入值。Delta學習規(guī)則根據(jù)誤差信號來調(diào)整連接權重，使得誤差逐漸減小，神經(jīng)網(wǎng)絡逐漸達到期望輸出。在實踐中，Delta學習規(guī)則通常需要經(jīng)過多次迭代和調(diào)整，才能得到滿意的學習效果。

總之，單神經(jīng)元自適應控制器的實現(xiàn)對成本、控制效果和運行速度等方面進行了充分的考慮，因此已經(jīng)得到廣泛的應用研究和市場推廣。

3 智能控制在電氣傳動系統(tǒng)中的應用

3.1 智能控制在電氣傳動系統(tǒng)中應用的價值

首先，電氣傳動系統(tǒng)具有很高的復雜性，傳統(tǒng)的控制策略難以完全滿足實際應用需求，而智能控制可以針對系統(tǒng)的不同特點和需求，構建合適的控制模型，從而達到更好的控制性能和控制效果。智能控制可以通過適應性控制、自適應控制等方式，實現(xiàn)對系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性和效率的全面優(yōu)化，提高電氣傳動系統(tǒng)的控制精度和響應速度。

其次，電氣傳動系統(tǒng)存在參數(shù)變化等非線性特性，傳統(tǒng)控制策略的PID調(diào)節(jié)器難以在這種環(huán)境下起到良好的作用。而智能控制可以通過神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊控制、遺傳算法等智能化算法對非線性環(huán)境進行全面控制，從而提高系統(tǒng)的輸出質(zhì)量、控制穩(wěn)定性和控制精度，進一步提高電氣傳動系統(tǒng)的效率和可靠性。

最后，電氣傳動系統(tǒng)需要實現(xiàn)某些特定的功能需求，如安全性、精準控制、能量管理等，這對傳統(tǒng)控制策略的實現(xiàn)也提出了挑戰(zhàn)，而智能控制則可以通過建立多種控制模型和控制算法，進一步優(yōu)化控制器的控制效果，滿足系統(tǒng)的特定應用需求，同時保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

總之，智能控制作為一種新興的控制策略，在電氣傳動系統(tǒng)中的應用，可以為電氣傳動系統(tǒng)的發(fā)展帶來新的機遇和挑戰(zhàn)，進一步提升電氣傳動系統(tǒng)的性能和使用價值。

3.2 模糊控制在電氣傳動系統(tǒng)中的應用

在電氣傳動系統(tǒng)中，操作人員的經(jīng)驗和處理緊急情況的能力至關重要。他們需要具備處理緊急情況的能力，能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)故障和危險情況時，及時做出相應的應對措施，保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行［5］。但是，由于系統(tǒng)的復雜性和非線性特點，傳統(tǒng)的控制方法難以滿足要求。這時，模糊控制作為一種基于人類智能的控制策略，將操作者的經(jīng)驗與專家的經(jīng)驗有機地結(jié)合起來，從而使得電力驅(qū)動系統(tǒng)具備了與人類大腦相似的非線性思考能力，從而達到智能化的目的，實現(xiàn)智能控制。通過模糊控制，電氣傳動系統(tǒng)可以根據(jù)實際情況進行動態(tài)調(diào)整，避免了傳統(tǒng)控制方法中過分依賴數(shù)學模型和精確環(huán)境的限制。模糊控制可以在一定程度上提高系統(tǒng)控制的靈活性和魯棒性，并具有自適應性和容錯性等特點。因此，模糊控制在電氣傳動系統(tǒng)中具有廣泛的應用前景，為系統(tǒng)的優(yōu)化和智能化提供了可行的解決方案。模糊控制在電氣傳動系統(tǒng)中的應用如圖2所示。

圖2 模糊控制在電氣傳動系統(tǒng)中的應用

總的來說，模糊控制在電氣傳動系統(tǒng)中的應用，可以將操作人員和專家的經(jīng)驗整合為有效的控制策略，提高系統(tǒng)的控制性能和響應速度，進一步提高電氣傳動系統(tǒng)的效率和可靠性。

3.3 單神經(jīng)元控制在電氣傳動系統(tǒng)中的應用

在電氣傳動系統(tǒng)中，傳統(tǒng)控制方法難以滿足復雜的控制要求，如設備速度調(diào)整等。在此背景下，神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術得到了廣泛應用。神經(jīng)網(wǎng)絡是一種將神經(jīng)網(wǎng)絡、人工智能、數(shù)學、生物等多個領域結(jié)合起來的一種新型的控制技術。它建立在人腦思維規(guī)律和特點基礎上，主要用于復雜控制系統(tǒng)的過程。通過自動提取系統(tǒng)運行參數(shù)并進行獨立分析，神經(jīng)網(wǎng)絡控制可以靈活調(diào)整系統(tǒng)運行參數(shù)，并自適應地達到控制目的。

在電氣傳動系統(tǒng)中，神經(jīng)網(wǎng)絡控制常用于電機調(diào)速控制等方面。相較于傳統(tǒng)控制方法，神經(jīng)網(wǎng)絡控制具有較強的安全性和自我適應能力。同時，它可以實現(xiàn)自動故障檢測和分析，并將分析結(jié)果存儲到數(shù)據(jù)庫中?；趯＜铱刂频碾姎鈧鲃酉到y(tǒng)也可以進行自主故障檢測和分析，通過輸出故障分析結(jié)果，最終實現(xiàn)精準的控制策略調(diào)整。在電氣傳動系統(tǒng)中，雖然神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術具有較高的運行精度和效率，但它在脫線學習狀態(tài)下的自動化能力較弱，容易受到分析報告和信號數(shù)據(jù)的影響。相比之下，基于專家控制的電氣傳動系統(tǒng)雖然綜合定量知識能力較弱，但神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術具有在脫線學習和在線學習狀態(tài)下均能保持正常功能的優(yōu)點，這些特點有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在某些情況下，可以將脫線學習和在線學習兩種方法結(jié)合起來使用，這樣能夠達到更好的控制效果，同時提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。這種結(jié)合的方法可以利用脫線學習獲得系統(tǒng)的經(jīng)驗，而在線學習則可以實時的調(diào)整系統(tǒng)的控制策略。這一方法的優(yōu)點在于能夠提高控制系統(tǒng)的響應速度以及對未知環(huán)境和隨機擾動的魯棒性，從而適應更廣泛的應用場景。

4 結(jié)束語

總的來說，傳統(tǒng)的PID控制在非線性參數(shù)的處理和非線性被控對象的控制方面存在局限性。雖然智能控制技術可以有效地提高電氣傳動系統(tǒng)的控制精度和效率，但在實際應用中，也存在一些局限性。我們可以利用智能控制技術的自適應性和學習能力，不斷優(yōu)化系統(tǒng)的控制策略；同時，利用PID控制方法的簡單可靠性和對參考信號的快速響應性，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性。從而我們可以提高電氣傳動系統(tǒng)的整體控制性能，滿足各種復雜的實際應用需求。這樣才能更好地滿足現(xiàn)代工業(yè)對電氣傳動系統(tǒng)的高效、精準、穩(wěn)定和安全的要求，為工業(yè)的進步與發(fā)展做出貢獻。