现代控制技术在电气工程中的应用研究

曾小莹

【摘 要】电气工程的不斷发展，尤其是电气自动化水平的不断提高，对于电气工程系统的控制技术要求也不断提高。在电气工程系统中应用现代控制理论与技术，已经成为电气系统发展的基本要求。基于此，本文主要研究的是现代控制技术在电气工程中的应用。

【关键词】电气工程；现代控制技术；应用

1、电气工程系统对于现代控制技术的基本要求

1.1、能够快捷高效的对电气系统设备完成控制

现代化的控制技术以数字信息作为载体对电气工程系统设备发布操作指令，必须确保对于不同设备不同指令的精准，各种失误操作指令的发布概率必须极低。此外，现代化的控制技术还应当具有较好的信息数据交互功能，能够及时的向控制中心进行数据信息的反馈，进而确保控制的准确性。

1.2、可以实现对电气工程系统设备的全面监控

大多数电气工程的装置和设备都是全天候运行的，长时间工作，势必会导致运行故障的发生，为此，现代控制技术还要担负起监控电气工程运行状态的责任，24小时监督工程内各系统设备的运行状态，如发现故障，应立即发布报警信息，同时，指明故障位置、故障源、故障影响，以及相关故障资料。工作人员接收到信息后，可在第一时间做出反映，修复系统、设备，使电气工程尽快恢复运行。

1.3、具有较高的安全性

对于电气工程而言，“安全”是生产不可忽视的重要原则之一，因此，为避免内、外部环境因素给电气工程造成运行障碍和影响，现代控制技术不但要具备监控能力，还要拥有较强的自清自查能力，可独立清除、控制安全隐患。同时，现代控制技术还应针对电气工程众多管理项目，设置单元模块（如：运行监控模块、电气工程设施养护模块、数据管理模块、工作人员维护操作模块、电子工程管理模块等），通过层层过滤的方式，提高技术应用的安全性。

2、电气系统的智能控制

2.1、控制系统的优化设计。电气设备的控制系统的优化设计是智能控制应用中的重要内容之一，是对现代控制理论与控制经验统一结合的先进控制技术，也是基于遗传算法的一种优化搜索。在对电气产品的优化设计中主要体现的是对遗传算法与专家系统的应用，遗传算法作为衍生于自然界进化规律的高级算法，有着极高的计算精度和自适应能力。在传统的电气设备和产品设计中，设计者主要是通过对以往产品设计的经验和不足进行总结，再通过大量的试验手段对设计思路与构想进行验证。

2.2、控制系统的故障诊断。电气产品通常在工业领域中占据着重要的岗位，因此电气产品的可靠性是一个十分关键的性能指标。作为产品核心功能的控制系统，其故障检测和诊断的能力与精确度直接关系着电气产品的稳定运行。电气产品和设备的故障表现为非线性，并具有随机性和复杂性等特点，传统的故障检测手段难以真正实现实时、准确地辨别和判断故障发生点。

3、电气系统的模糊控制技术

目前绝大多数的电机调速控制采用的是PID控制技术，PID控制技术结构简单，具有较强的稳定性，生产实践中应用极为广泛。但随着PID控制技术的大规模应用，其系统自身也暴露出了一些问题，该技术应用的关键是对系统做出准确的测量和判断后，对系统进行自动的修正。然而，现实中多数工业工程都是非线性变化，PID虽可以将过程简化并变成基本线性模型进行控制，始终无法有效克服负载以及模型参数的大范围变化，也就是说不能更为精确地控制系统。

3.1、基于简单模糊控制器的速度控制。在电气系统调速系统的控制中，要想实现模糊控制需要设计模糊控制器，通过一定算法实现语言控制。首先，根据系统接收到的信息量进行模糊化，并将信息量进行语言转化输入到模糊量的模糊子集中；其次，拟定相应的模糊控制规则，利用适应条件内的模糊关系来确定需测试的模糊量身份；最后，由输出系统将最终的计算判决，转换为精确的信息值报告给上一级处理系统。

3.2、模糊PID控制器在调速中的应用

模糊PID控制是通过模糊控制法在线调节PID控制器的参数，继而使电气系统处于最优的状态。PID参数的模糊增益调节能够面对不同的对象操作。例如，在由DSP、模糊单片机组成的PI控制器、模糊控制器，利用模糊控制器反映系统的参数波动而输出变量，并不需要通过测量电机及逆变部分的精确参数。

3.3、基于自适应和自学习、自组织模糊控制器的速度控制

一般意义上的模糊控制系统中对于模糊控制的规则是需要依靠开发者对被控过程的认识及操作经验的总结来实现具体控制的。被控对象的非线性、高阶性、时变性、随机性等特点都使得模糊控制系统的控制规则显得较为粗糙，模糊系统的稳定性也受到一定程度上的质疑。基于自适应、自组织、自学习的模糊控制可以根据现场的实际变化，及时作出自动调整、修改和完善模糊控制的参数与规则，能够使模糊控制系统的控制功能持续改进，不断地升级，从而达到最终对系统的稳定控制。

4、现代控制技术在电气工程中的应用

4.1、帮助电气工程创建完整的控制系统

众所周知，电气工程由多个系统结构构成，要想让这些单元结构能够独立、连续的完成工作，现代控制技术应承担选择功能、设置功能、计划功能、解释功能等多种责任。首先，在各功能模块上设置监控器，监测它们的操作行为、运行状态，并以数据的形式记录，转存到数据库中，如此，控制技术既可以依靠“复制数据”找出控制方式，又能随时检索系统运行信息，查找故障问题；其次，创建中枢系统、装置、设备的联动控制机制，以“作业任务”的形式分配任务，以便于系统可以同步、集中处理重要“运行信息”，不耽误电气工程正常工作。

4.2、科学选择控制系统设备

计算机网络技术的发展，给电气工程控制管理提供了多个便利条件、多种选择可能，所以，作为控制管理的中枢，现代控制技术必须慎重选择控制系统设备，使其与电气工程形成配合，达到最佳管理效果。一方面，控制系统设备要具备信息分类、收集、检索、处理功能，将复杂、且数目庞大的电气工程数据集中整合到数据库中，根据管理、控制需要，高效检索、准确处理、顺利传递出去；另一方面，控制系统设备还应具备信息翻译、解释、转换能力，因为电气工程中的装置、设备不可能使用统一的编码、指令形式，所以如果两个运行系统、装置的指令信息代码不同，控制设备应能够兼容分辨，做出正确的处理和判断，完成智能化、自动化控制。

4.3、加强电气工程内、外部环境管理

电气工程内、外部工作环境的监测工作是其安全生产工作的重中之重，所以，现代控制技术管理工作的重要内容便是环境监测、管理，主要内容包括：监控电气工程电流、温度、湿度、电压、电功率等基础运行指标数据，如发现阶段时间内这些指标数据出现较大波动变化，会立即发出报警信号；管理、控制电气工程内其他非主要工作设备的运行状态，比如启动空调、除湿设备、稳压设备、变压设备、变频设备等。

总之，在技术与科学的双向影响下，电气工程系统结构发生了翻天覆地的变化，不仅工程管理与应用方式变了，其运行状态也与以往大有不同。为确保电气工程能够在安全、高效的环境下生产、运行，实现综合管理，电气工程一方面要学会应用现代控制技术，另一方面，还要研发控制技术新的闪观点，只有这样，才能发挥“先进技术科学”的正向影响价值。

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