直流電動機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計與分析【開題報告】

1、畢業(yè)設(shè)計開題報告畢業(yè)設(shè)計開題報告電氣工程與自動化電氣工程與自動化直流電動機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計與分析直流電動機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計與分析一、選題的背景與意義隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，在調(diào)速領(lǐng)域中，雙閉環(huán)的控制理念已經(jīng)得到了越來越廣泛的認(rèn)同。由于其動態(tài)響應(yīng)快靜態(tài)性能良好抗干擾能力強因而在工程設(shè)計中被廣泛地采用[1]?，F(xiàn)在直流調(diào)速理論發(fā)展得比較成熟但要真正設(shè)計好一個雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)并應(yīng)用于工程設(shè)計卻有一定的難度[2]。PID（即：比例積分微分）控制

2、器是最早發(fā)展起來的控制理論之一，由于它具有算法結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性好、可靠性高等優(yōu)點，在工業(yè)控制中90％是采用PID控制系統(tǒng)[3]。然而，在越來越復(fù)雜的工業(yè)過程中，常常難以確定其精確數(shù)學(xué)模型，無法從理論上準(zhǔn)確設(shè)計PID控制器的相應(yīng)參數(shù)。此外，在實際的生產(chǎn)現(xiàn)場過程中，由于受到現(xiàn)場環(huán)境及運行工況的變化等因素的困擾，常規(guī)的PID設(shè)計方法往往整定欠佳，性能不良，對運行工況的適應(yīng)性較差，很難滿足對生產(chǎn)過程的控制性能和產(chǎn)品質(zhì)量的要求。群體智能算法(Sw

3、armIntelligenceAlgithm)[4]是近十幾年發(fā)展起來的智能仿生算法，其基本思想是模擬自然界生物的群體行為來構(gòu)造隨機優(yōu)化算法。其中由美國學(xué)者Kennedy和Eberha提出的粒子群優(yōu)化算法(particleswarilloptimization，PSO)計算快速收斂，不易陷入局部最優(yōu)，而且所需參數(shù)少且易于實現(xiàn)。因此，粒子群及改進(jìn)的粒子群優(yōu)化算法在PID參數(shù)整定中的應(yīng)用近幾年也得到了極大關(guān)注和重視。二、研究的基本內(nèi)容與擬解

4、決的主要問題：1、基本內(nèi)容本課題主要研究直流電動機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計與分析，并通過粒子群優(yōu)化算法（PSO）用于雙閉環(huán)PID調(diào)節(jié)控制的方法對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和仿真。雙閉環(huán)PID控制系統(tǒng)設(shè)置了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)和電流調(diào)節(jié)器(ACR)分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流兩者實行串級連接且都帶有輸出限幅電路。由于調(diào)速系統(tǒng)的主要被控量是轉(zhuǎn)速故把轉(zhuǎn)速環(huán)作為外環(huán)以抑制電網(wǎng)電壓擾動對于轉(zhuǎn)速的影響把由電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)以實現(xiàn)在最大電流約束下的轉(zhuǎn)速過渡過程最快最優(yōu)控制。直流電動機

5、雙閉環(huán)控制系統(tǒng)原理見圖1所示。采用全局搜索，以使搜索空間快速收斂到一個較小的區(qū)域，然后再采用局部搜索，從而在提高算法優(yōu)化時間的同時避免了算法較早陷入局部最優(yōu)，提高了搜索結(jié)果的精確度。通常設(shè)定為0.9到0.4的范圍內(nèi)線性減少，即：（3）maxminmaxmaxwwwwiteriter????其中是最大的進(jìn)化代數(shù)，是當(dāng)前的進(jìn)化代數(shù)，，分別代表w的變化范圍的上maxiteritermaxwminw界和下界。2、擬解決問題要求在不同信噪比下比較

6、控制的結(jié)果：（1）、控制精度，過度過程時間，魯棒性等性能差異。（2）、討論各個參數(shù)的選擇的要求及其對控制結(jié)果的影響。（3）、給出算法的具體步驟和流程圖，提供MATLAB或Simulink源程序及說明。三、研究的方法與技術(shù)路線：PID控制器的設(shè)計就是對，和，即比例、積分、微分三個參數(shù)的調(diào)整來達(dá)到控制器性ikpkdk能的要求。PSO算法優(yōu)化PID控制器參數(shù)的基本思路為：首先確定算法的維數(shù)，進(jìn)化常數(shù)，并根據(jù)控制性能的要求，確定優(yōu)化評價指標(biāo)，再

7、將PID參數(shù)編碼成如下粒子編碼串：，粒子中[]ipdkkk每個變量都用實數(shù)表示，取值范圍根據(jù)要求確定，通過粒子群優(yōu)化算法在該范圍內(nèi)尋求比例、積分微分三個參數(shù)的最優(yōu)解。比例積分微分被控對象r(t)y(t)圖2PID控制系統(tǒng)框圖控制規(guī)律為：0()()()()tpiddetutketketdtkdt????其中：=，，()et()rt()ytipikkT?dpdkkT??具體流程如下：第1步：確定種群維數(shù)、種群規(guī)模、進(jìn)化常數(shù)和控制器參數(shù)，和變