直流電動機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設計與分析【開題報告】

1、畢業(yè)設計開題報告畢業(yè)設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)設計與分析直流電動機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設計與分析一、選題的背景與意義隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，在調速領域中，雙閉環(huán)的控制理念已經(jīng)得到了越來越廣泛的認同。由于其動態(tài)響應快靜態(tài)性能良好抗干擾能力強因而在工程設計中被廣泛地采用[1]。現(xiàn)在直流調速理論發(fā)展得比較成熟但要真正設計好一個雙閉環(huán)調速系統(tǒng)并應用于工程設計卻有一定的難度[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，由于它具有算法結構簡單、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，在越來越復雜的工業(yè)過程中，常常難以確定其精確數(shù)學模型，無法從理論上準確設計PID控制器的相應參數(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設計方法往往整定欠佳，性能不良，對運行工況的適應性較差，很難滿足對生產(chǎn)過程的控制性能和產(chǎn)品質量的要求。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造隨機優(yōu)化算法。其中由美國學者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，粒子群及改進的粒子群優(yōu)化算法在PID參數(shù)整定中的應用近幾年也得到了極大關注和重視。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)設計與分析，并通過粒子群優(yōu)化算法（PSO）用于雙閉環(huán)PID調節(jié)控制的方法對系統(tǒng)進行設計和仿真。雙閉環(huán)PID控制系統(tǒng)設置了轉速調節(jié)器(ASR)和電流調節(jié)器(ACR)分別調節(jié)轉速和電流兩者實行串級連接且都帶有輸出限幅電路。由于調速系統(tǒng)的主要被控量是轉速故把轉速環(huán)作為外環(huán)以抑制電網(wǎng)電壓擾動對于轉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)，提高了搜索結果的精確度。通常設定為0.9到0.4的范圍內(nèi)線性減少，即：（3）maxminmaxmaxwwwwiteriter????其中是最大的進化代數(shù)，是當前的進化代數(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、研究的方法與技術路線：PID控制器的設計就是對，和，即比例、積分、微分三個參數(shù)的調整來達到控制器性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)，進化常數(shù)，并根據(jù)控制性能的要求，確定優(yōu)化評價指標，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、進化常數(shù)和控制器參數(shù)，和變