人工智能在电气应用中的研究进展

彭淑花

内蒙古交通职业技术学院

人工智能在电气应用中的研究进展

彭淑花

内蒙古交通职业技术学院

随着人工智能技术以及电气自动化技术的飞速发展，两者的结合以及成为电气应用发展的主要趋势之一。笔者通过本文来研究说明人工智能在电气应用中的研究发展状况。首先针对人工智能及主要分支概况进行了详细的说明，接着对人工智能的实现方式发展情况进行了简单的分析，并在以上两者的基础上对人工智能在电气应用中的研究现状从优化设计、故障诊断、智能控制三个角度进行了详细的分析，并对人工智能在电气应用中目前所存在问题有针对性地提出，并对其未来的发展情形进行展望，以供各研究工作者分析参考。

人工智能；电气应用；研究进展

引言

电力系统的主要组成器件有发电机、变压器、电动机、断路器、接触器等设备，毫无疑的稳定和可靠，与电网的复杂程度和规模是一对相反的因素。随着电力系统的不断扩大，所使用的电气设备的数量及种类的不断增多，寻找新的提高电气设备的性能指标和可靠性的方法，显得至关重要。

人工智能是一门随着计算机技术的飞速发展，机器的计算能力不断增强，数学算法的研究不断深入，而逐渐发展起来的一门新兴的前沿学科。它的主要功能是采用计算机通过一定的计算来模拟人类的思考过程以及解决问题的能力。这是以前的技术和设备所难以实现的，但是随着近年来信息技术的飞速发展，人工智能几乎在各个领域都能找到自己的用武之地。目前我国在人工智能领域的理论研究方面不断取得突破性的进展的同时，在应用层面上，应用的领域和使用的水平都迅速提高。

随着电气设备的需求量的不断增加，并且其设计、生产到运行、控制的整个生命周期都比较复杂，使用传统的控制质量的方法很难做到万物一失，从而影响到整个电力系统的安全以及运行效率。但是人工智能技术的应用可以成功解决这个问题，在提高效率的同时控制产品质量，以及保证运行安全。国内外已经有一些将人工智能技术引入电气设备的优化设计、故障诊断及控制过程,并取得成功的经验。所以笔者通过本文在总结人工智能在电气设备领域取得成果的基础上，对存在问题提出一些看法并对今后的发展趋势作一展望，以供各技术人员参考研究。

1、人工智能及主要分支概况

第一次使用人工智能这一术语的是智能之父美国人约翰·麦卡锡，这标志人工智能的诞生。人工智能是世界上三大尖端技术之一，涉及到控制论、信息论、系统论、计算机科学、神经生理学、心理学、数学、哲学等多个学科的内容和概念。被各领域的专家学者研究使用，并且取得了许多研究成果，为许多行业的持续性发展提供了动力。

人工智能的经过今年的不断发展，以及在各行业的不断引用，产生了许多分支。其中模糊逻辑、专家系统、神经网络、遗传算法是其中最为活跃的四大分支，他们各有其优缺点，限于篇幅原因，这里不再赘述。

2、人工智能的实现

目前大多数的人工智能系统都是在基于计算机的设备上实现的。这些计算机冯·诺依曼结构或者哈弗结构进行设计，具有比较强大的独立计算能力，从而满足了人工智能系统的计算需求。这些计算机一般都需要通过软件编程后才能实现其特定的人工智能功能，常用的人工智能语言包括，传统的函数型语言Lisp、逻辑型语言Pro log及面向对象语言Smalltalk、VC++及VB等。

由于使用编程的方法对某些人工智能算法进行实现，对许多程序员来说并不是一件容易的事情，这需要程序员不仅对计算机的硬件知识有所掌握，精通一门编程语言，还需要程序员有很强的数学功底，才能实现算法的效率与占用的计算机资源两方面上的优化。从而为了缩短人工智能应用程序的开发周期，许多计算工具应用而生。MATLab就是其中之一，这个可视化的软件不仅包含了神经网络工具箱，还提供了许多人工智能相关的Matlab函数，从而使得实现人工智能的算法更加简单，大大降低了对程序员数学能力的要求。另外，还有多种专家系统工具用于开发特定领域的专家系统，如IN SIG HT、GU RU、CLIPS、ART等。这些实用工具都降低了开发人工智能应用程序的门槛，为开发人员提供了便利条件。

人工智能相关的计算机硬件方面也在不断地发展，为人工智能的应用提供强大的动力。首先是哈佛结构的产生，将程序与数据分开存储，各有自己总线，从而执行程序与读取数据两者并行，大大提高了运行速度。硬件的发展，也就使得许多由于计算能力和计算机存储的限制而难以实现的人工智能的应用成为了现实。同时许多芯片生产厂家已经开发出需要集成有人工智能算法的专用芯片，这种芯片相比带独立计算机的芯片，由于其硬件结构针对一种算法进行的强大的优化，其运行效率强大很多。

3、人工智能在电气上的应用现状

随着人工智能技术的不断成熟，应用领域的不多增多，受到了许多高等院校及科研机构的重视。

3.1 优化设计

电气设备与系统的设计是一项对人力财力消耗都很大的工作。电气设备与系统的设计十分复杂，涉及到许多电路、电磁场、电机电器等学科的知识以及大量的经验公式和数据。如果仅通过手工计算和试验，很难提高工作效率和保证工作质量。但是随着计算机技术在电气设备与系统的设计工作中的引入，极大地提高了产品研发的效率，并且质量相比之前也更有保证。人工智能是对使传统的计算机设计技术的又一次的改革，在产品设计的效率及质量保证方面具有十分重要的意义。

用于优化设计的人工智能技术主要有遗传算法和专家系统。遗传算法是一种非常适合于产品优化设计比较先进的人工智能优化算法。在电气产品人工智能领域内优化设计工作中有许多都是使用这种方法或者由其衍生出来的方法。专家系统是另一个优化设计的人工智能技术，但从已经成型的相关系统来看，这种系统虽然具有强大潜力，不过总体上仍处于研究阶段。目前我国许多大学和研究机构在专家系统方面以及取得技术性的突破。

优化设计的方法除了遗传算法与专家系统还有模糊逻辑及神经网络。模糊数学非常善于解决不精确与不确定因素相关的设计问题，从而分别将模糊理论用于电磁电器及感应电机的优化设计，可以收到设计出来的系统概念明确,易于实现的设计效果。基于小波变换的前馈神经网络可以使用在电气设备的电磁设备的优化设计中，可以克服单纯采用神经网络学习速度较慢的缺陷，提高其使用价值。

3.2 故障诊断

电气设备发生故障的征兆总是错综复杂的，具有相当的不确定性及非线性。当一个征兆发生了，并不能确定故障是否接下来就发生，或者什么时候发生，从而给电气系统的故障诊断带来很大的困扰。但是使用人工智能方法恰好能发挥其优势，给电气系统的故障诊断带来帮助。已在电气设备故障诊断方法发挥重要作用的人工智能分支主要有：模糊逻辑、专家系统、神经网络。例如在发电机及电动机的故障诊断方面，可以采用模糊理论对汽轮发电机及感应电动机的故障进行模糊诊断，采用人工神经网络模式识别的功能对电机故障进行自动识别，采用两个前馈神经网络模型对同步发电机定子绕组进行保护都是非常成熟的故障诊断案例。

3.3 智能控制

智能控制的概念在自动控制领域已经逐渐成熟，而在电气设备领域的报道却并不多见。可用于电气应用方面的智能控制人工智能方法主要有3个，分别是模糊控制、神经网络和专家系统。其中最简单、并有应用物理意义的方法是模糊控制，从而它的使用案例比较多。也有高校和研究机构对神经网络和专家系统在电气系统上的应用进行研究，并取得一定的成果。

4、人工智能在电气应用中的存在问题及对未来的展望

首先虽然我国在人工智能在电气应用方面的研究工作已经取得了一定成绩，并形成一些十分优秀的理论成果，但整体相比西方发达国家来说，其应用的水平仍较低。对电气科技工作者而言，当务之急是解决科研成果向实用转化的问题，形成产品，将科学技术真正转化为现实生产力。其次在电气领域内部各行业的发展水平并不平衡。再次人工智能由于实际应用需求很大，从而受到优先的发展和完善。

随着计算机硬件软件水平的不断发展，人工智能技术的功能也逐渐得到良好的实现，其理论也得到长足的发展，在电气应用上的应用也越来越广泛，许多学者在这个方面上作出了卓越的贡献。但是我们在人工智能的应用领域相比发达国家依然具有一定的差距，从而各科研工作人员，仍需加强合作，在前人的基础上不断推动这一技术的发展。

[1]王志伟.人工智能在设备故障检测中的应用[J].科技创新与应用,2015(2):14-15

[2]陈丽安，张培铭，雷德森.人工智能在电气设备中的应用现状与前景展望[J].电网技术,2000,24(7):21-24

[3]朱金芳.人工智能在电气工程自动化中的运用[J].化学工程与装备,2013(5):175-177

[4]周业元.人工智能在电气传动控制中的应用研究[J].现代制造,2013(24):97-98

[5]张培铭，缪希仁，刘向军，鲍光海.人工生命及其在电气工程中的应用探讨[J].电器与能效管理技术,2012(19):1-4

图6.600t全回转浮吊应力云图

5.结语

本文介绍了600t全回转浮吊的研制、设计、计算和总装计划。风力发电是可持续发展的清洁能源，本项目可应用于海上风力发电机组的安装。

参考文献：

[1]中国船级社.船舶与海上设施起重设备规范.人民交通出版社，2007.

[2]张志文，虞和谦，王金诺，包起帆.起重机设计手册.中国铁道出版社，1997.

[3]起重机设计规范.中国标准出版社，2008.

作者简介：蒋克勤（1974-），女，江苏无锡人，本科，实验师，江苏省无锡交通高等职业技术学校。

彭淑花（1981-），女，内蒙古赤峰人，讲师，本科，研究方向：自动化。