现代控制技术在电气工程中的应用浅述

戚生刚

摘要：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。

关键词：现代控制技术 电气工程 应用

一、电气工程系统对于现代控制技术的基本要求

不断升级的系统、不断革新换代的电气设备，给电气工程功能设置提供了多种可能，但同时，也为现代控制技术的应用提出了更多服务要求，其中最为突出的几方面内容有：

1、能高效、准确控制电气工程

现代控制技术以数字信息为载体，所以通常利用发送数字、代码、信息的方式发布指令，来完成控制操作。为确保多个指令能够第一时间发送出去、准确传送到指定功能模块、正确指导系统工作，系统必须设置独立、且具备抗干扰能力的信息交流中心，依靠其交互功能，实现信息的生成、传播、控制与管理。

2、能全面监控电气工程运行状态

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。

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。只有这样，现代控制技术才能为电气工程提供安全、可靠的运行环境。

二、现代控制技术在电气工程中的应用

1、智能化控制技术

电气系统的发展已经步入到了电气工程自动化的阶段，实现电气工程自动化的关键要素就是要实现对电气工程系统的智能化控制，因此在目前现代控制技术中最主要的内容就是对电气工程系统的智能化控制。智能化的控制系统主要是通过采用智能化控制技术来实现电气工程系统控制的高效、自主、远程操作。电气工程系统智能化在电气系统中的应用已经十分的广泛，例如当前电气系统中有关于系统开关量以及模拟量等各项数据的动态实时采集以及反馈处理，都是通过智能化进行控制。此外，在电气系统工程中对于电气工程系统设备运行状态的实时监测、对于故障的分析诊断以及紧急处理方面，都已经广泛的应用了智能化的控制技术。

2、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。模糊控制技术应用于电气工程中，能够反映系统的非线性时变，且不需要对被控制系统进行数学模型简化和转换，在电气产品设计中更加灵活。

（1）基于简单模糊控制器的速度控制

在电气系统调速系統的控制中，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。简单模糊控制器应用于电气工程中，主要是取代传统的PI 调速器，从而保证系统的动态性能。应用这一控制器，在电气系统的控制中只需要调节一个参数（模糊控制器的控制面为非线性形状），缩短了响应时间。

（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。模糊PID 控制器的这一特点，为电机传动系统提供了无可比拟的优势，电机传动可以更加简便，同时，由双环组成的控制器还具有超调小、响应迅速的特点，受电机调节参数的影响微乎其微，运行稳定性大大提高。

（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。

3、非线性控制

线性控制理论在电气工程自动化中已经应用十分广泛，并取得了一定成果。但实际上，线性控制技术是通过对电气产品工作中局部线性的稳定来进行模型简化设计的，对电气产品和设备本身固有的非线性特征未予考虑，始终存在着较大的控制漏洞。比如，线性控制要依靠产品运行中反馈的状态变量来实现控制，而在系统运行中有很多变量的测量并不是件容易的事，还有像机端电压并不属于系统状态变量，通过加权系数综合考虑多因素虽能在一定程度改善动态品质，但电压反馈增益不足，并不能完全满足电压调节要求。电气系统控制领域依然存在许多的重大技术难题。但我相信随着科学技术的不断发展，这些难题总将被克服。电气工程在各领域发展的同时，也对其控制技术提出了更高的要求，实践中需要出现基于非线性控制理论，可以弥补线性控制技术的不足。

结束语

总之，电气工程的不断发展，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。因此，电气工程技术人员应该明确电气控制现代化的重要意义，并积极采用各种现代控制技术，实现电气工程系统的自动化与智能化运行，确保电气工程系统稳定运行与功能的有效发挥。

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