直流調速系統的優(yōu)化與仿真

直流調速系統的優(yōu)化與仿真張椿玲，等張樁玲，黃景廉(西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院甘肅 蘭州, 730030)嘀要:提出了一種采用計算機仿真進(jìn)行直流調速系統的優(yōu)化與仿真的方法:首先，根據直流調速數字控制系統的性能特點(diǎn)，建立了系統仿真模型,然后分析了該系統的缺點(diǎn)所在并進(jìn)行優(yōu)化，從而構成.種復合控制系統, 以實(shí)現對驅動(dòng)電流的控制作用，最后對優(yōu)化前后的輸出數據進(jìn)行分析對比，結果表明,采用優(yōu)化后的控制系統可使輸出數據更加精確可靠。.關(guān)鍵詞:直流調速;優(yōu)化;計算機仿真; P ID控制系統;Abstract: This paper introduce an method of optimization and simulation for DC speed control system using computer: firstly, wedevelop a simulation model for the system according to the features of DC speed control system. Then, we analysis the defect of thissystem and optimize it, so that it can be constituted a compound system To realize the drive curent control. Finally, we analysis andcomprise the output data before and after optimization. The result of analysis proves that the output date will be more accurate and reliableafter optimization.Key words: DC speed control ; Optimization ; Computer Simulation ; PID control system中圖分類(lèi)號: TP273*. 2文獻標識碼: B文章編號: 1001-9227 (2012) 01-0126-020前言入誤差信號成比例關(guān)系，當僅有比例控制時(shí)系統輸出存在目前，直流控制系統的設計方法，在實(shí)際生產(chǎn)生活中穩態(tài)誤差;在積分(I )控制中，控制器的輸出與輸入誤差有著(zhù)廣泛的應用。目前，國內利用在計算機仿真對控制系信號的積分成止比關(guān)系，對一個(gè)白動(dòng)控制系統,為了消除統進(jìn)行設計與仿真方面取得了一定的進(jìn)展。但當系統模型穩態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”,比例+積分.失真或時(shí)變時(shí)，所得參數可能就不是實(shí)際系統所需的真正(PI)控制器,可以使系統在進(jìn)入穩態(tài)后無(wú)穩態(tài)誤差;在微優(yōu)化參數。本文在對直流系統進(jìn)行閉環(huán)設計的基礎上,提分(D )控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即出了一種新的優(yōu)化方式，使該系統也適用于時(shí)變系統，從誤差的變化率)成正比關(guān)系，自動(dòng)控制系統在克服誤差的而得到優(yōu)化參數，叮使實(shí)際系統動(dòng)態(tài)性能大為提高。調節過(guò)程中可能會(huì )出現振蕩甚至失穩，通過(guò)增加“微分項”，能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控控制系統設計制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為假設被調速系統作減速運動(dòng),減速度為常數,扭矩恒負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性定,則可建立調速系統驅動(dòng)電流依賴(lài)于可觀(guān)測量瞬時(shí)轉動(dòng)或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統在和瞬時(shí)扭矩的數學(xué)模型為調節過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性'5)。1=1.5S%(1)-→1(1)式中, J為調速系統的機械慣量; I為調速系統的驅動(dòng)電流; n為調速系統的轉速。圖1電流控制系統原理將公式(1 )進(jìn)行拉普拉斯變換,得到傳輸函數H(s)=上S(2)經(jīng)調整后最終確定的理想參數如衣1所示。1+s表1 PID電流控制系統橫型參數尋優(yōu)結果本設計所用到的方法是在傳輸函數(2 )式的基礎上初始條件仿真結果加入P ID控制器，同時(shí)引入反饋,以達到控制驅動(dòng)電流的比例系數T積分系數T抑制系數f比例系數積分系數超調職下降時(shí)間目的。在該系統中，自動(dòng)調節器和被控對象組成一個(gè)相互作用的閉合回路，系統原理如圖1所示?？刂破鞯膭?dòng)態(tài)特2 調速系統的優(yōu)化乃其s imul ink仿真性:一般由三種典型調節作用組成，它們是比例、積分和微在圖1中國煤化工制器的參數調節是分作用，即P、I、D作用。其中,比例(P )控制的輸出與輸控制系統設MHCNMHG控過(guò)程的特性確定收稿日期:2011-10-18P I D控制器的比例系數、積分時(shí)間和微分時(shí)間的大小，具作者簡(jiǎn)介:張椿玲(1979-),女,講師,碩士,主要從事通信工程方面的研究。(下轉第129頁(yè))萬(wàn)數據《自動(dòng)化與儀器儀表》2012年第1期(總第159期)入時(shí)間主要由拆碼垛升降電機運轉速度控制，具有結構簡(jiǎn)[4]許曉暉,楊桂云.新型橋式碼垛機的研制[J].起重運輸機械.單合理，自動(dòng)化水平高，操作運行平穩月容易控制出入庫2006, (08).速度等特點(diǎn)。應用于互感器自動(dòng)化檢定線(xiàn)時(shí)，各項指標達[5] 章強樓!東,盛志芳,譚杰眷煙廠(chǎng)碼垛機RFID應用挖制系到了技術(shù)要求，極大的提高了生產(chǎn)效率,深受用戶(hù)好評。統[J].制造業(yè)自動(dòng)化, 2006, (10).[6] 左青王貴生.全自動(dòng)碼垛機的應用[J].中國油脂, 2010, (02). .參考文獻[7]姚金柯.砌塊碼垛機的驅動(dòng)及控制技術(shù)[J].建筑機械, 2005,[1]岳滿(mǎn)林.包裝碼垛自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)及控制系統研究[D].哈爾濱理工(10).大學(xué), 2007.[8]張秀云，閻洪水.全自動(dòng)包裝機及碼垛機在純堿行業(yè)的應用[2]盧志珍.基fPLC的全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線(xiàn)控制系統設計[D].[J].純堿l業(yè)，2003, (04).江南大學(xué), 2008.[9] 碼垛機[J].包裝與食品機械2000, (02).[3]黃愛(ài)梅.基fFPLC的聚厶烯包裝碼垛機控制系統設計[J].包裝[10]王超碼垛機升降分層變頻器故障處理及維護[J].石化技術(shù),工程2005, (01).2008, (02)(上接第126頁(yè))體參數的調節步驟如下: (1) 首先預選擇一一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統工作; (2)僅加入比例控制環(huán)節，直到系統對輸入的階躍響應出現臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數和臨界振蕩周期; (3) 在一定的控制度下通過(guò)公式計算得到PID控制器的參數。在實(shí)際調試中，可先大致設定一個(gè)經(jīng)驗值，然后根據調節效果修改。但該系統存在如下不足之處，即試驗所測量的數據的精確性難以得到保證，且存在測量誤差，隨機b直流調速系統優(yōu)化后的仿真結果誤差和連續數據離散化等問(wèn)題。因此,我們在上述閉環(huán)直圖3 直流調速系統仿真結果流調速系統的基礎上,引入對負載擾動(dòng)進(jìn)行補償的前饋控理論上講，若物體運動(dòng)速度逐漸減小，等效轉動(dòng)慣量制，從而構成一種復合控制系統,以實(shí)現對驅動(dòng)電流的控是一個(gè)恒定值，則導致扭矩逐漸的增加,才能保證電動(dòng)機制作用。PID電流控制系統的s imulink優(yōu)化仿真模型如圖補償的慣量是逐漸的趨向與一個(gè)恒定的值。由圖3可以看2所示。出，其中圖b中的輸出電流,與圖a不同的地方就是0到2之間加了一個(gè)前向反饋，因而得出仿真圖形比上一間中的0y2-廚日圖形要平緩一些。也就是說(shuō),優(yōu)化乃案能夠更好地對輸出電流進(jìn)行控制。4總結通過(guò)以上設計的仿真及分析，我們可以得出以下幾點(diǎn)結論:(1 )利用s imulink對直流調速系統進(jìn)行仿真,是一種圖2 PID電流控制系統的simul ink優(yōu)化仿真結構圖比較好的方式，降低了直流調速系統的制作成本，且能夠經(jīng)參數調整，可得表2中的參數。得到相對有效的結果。表2 PID電流控制系統優(yōu)化模型參敷尋優(yōu)結果(2 )本設計中直流調速系統在電流控制上存在一-定的初始條件仿真結果缺陷，但通過(guò)引入對負載擾動(dòng)進(jìn)行補償的前饋控制可以達比例系數I積分系數抑制系敷f比例系數積分系數超調歌下降時(shí)間到較為理想的效果。3優(yōu)化直流調速系統的評價(jià)[1]張紅兵，賈來(lái)喜,李潞spss寶典[M].北京:電子工業(yè)大學(xué)出版將表1和表2中的數據進(jìn)行擬合，作為信號輸入源，分社, 2007年2月別輸入優(yōu)化前和優(yōu)化后的系統,得到圖3所示的結果。2]高志宏.真流調速數字控制系統的仿真設計與參數優(yōu)化[J].浙江:機電工程,第25卷8期,99頁(yè),2008年8月.[3] 鄭力新,周凱汀,玄光男.遺傳算法在雙閉環(huán)直流調速系統在線(xiàn)優(yōu)化中的應用[].機電- -體化. 2001. 7(2):22 -24.[4]蔣珉.招中國煤化工國防科技大學(xué)出版社,2001.HCNMH G[5]沈承,黃光宏，曹世宏，李源PID控制系統的參數調節技巧[J].山西:機械1:程與自動(dòng)化,第4期, 2008年8月a直流調速系統優(yōu)化前的仿真結果129