直流调速系统的优化与仿真

直流调速系统的优化与仿真张椿玲，等张樁玲，黄景廉(西北民族大学电气工程学院甘肃 兰州, 730030)嘀要:提出了一种采用计算机仿真进行直流调速系统的优化与仿真的方法:首先，根据直流调速数字控制系统的性能特点，建立了系统仿真模型,然后分析了该系统的缺点所在并进行优化，从而构成.种复合控制系统, 以实现对驱动电流的控制作用，最后对优化前后的输出数据进行分析对比，结果表明,采用优化后的控制系统可使输出数据更加精确可靠。.关键词:直流调速;优化;计算机仿真; P ID控制系统;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中图分类号: TP273*. 2文献标识码: B文章编号: 1001-9227 (2012) 01-0126-020前言入误差信号成比例关系，当仅有比例控制时系统输出存在目前，直流控制系统的设计方法，在实际生产生活中稳态误差;在积分(I )控制中，控制器的输出与输入误差有着广泛的应用。目前，国内利用在计算机仿真对控制系信号的积分成止比关系，对一个白动控制系统,为了消除统进行设计与仿真方面取得了一定的进展。但当系统模型稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”,比例+积分.失真或时变时，所得参数可能就不是实际系统所需的真正(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差;在微优化参数。本文在对直流系统进行闭环设计的基础上,提分(D )控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即出了一种新的优化方式，使该系统也适用于时变系统，从误差的变化率)成正比关系，自动控制系统在克服误差的而得到优化参数，叮使实际系统动态性能大为提高。调节过程中可能会出现振荡甚至失稳，通过增加“微分项”，能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控控制系统设计制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为假设被调速系统作减速运动,减速度为常数,扭矩恒负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性定,则可建立调速系统驱动电流依赖于可观测量瞬时转动或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在和瞬时扭矩的数学模型为调节过程中的动态特性'5)。1=1.5S%(1)-→1(1)式中, J为调速系统的机械惯量; I为调速系统的驱动电流; n为调速系统的转速。图1电流控制系统原理将公式(1 )进行拉普拉斯变换,得到传输函数H(s)=上S(2)经调整后最终确定的理想参数如衣1所示。1+s表1 PID电流控制系统横型参数寻优结果本设计所用到的方法是在传输函数(2 )式的基础上初始条件仿真结果加入P ID控制器，同时引入反馈,以达到控制驱动电流的比例系数T积分系數T抑制系数f比例系数积分系数超调职下降时间目的。在该系统中，自动调节器和被控对象组成一个相互作用的闭合回路，系统原理如图1所示。控制器的动态特2 调速系统的优化乃其s imul ink仿真性:一般由三种典型调节作用组成，它们是比例、积分和微在图1中国煤化工制器的参数调节是分作用，即P、I、D作用。其中,比例(P )控制的输出与输控制系统设MHCNMHG控过程的特性确定收稿日期:2011-10-18P I D控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小，具作者简介:张椿玲(1979-),女,讲师,硕士,主要从事通信工程方面的研究。(下转第129页)万数据《自动化与仪器仪表》2012年第1期(总第159期)入时间主要由拆码垛升降电机运转速度控制，具有结构简[4]许晓晖,杨桂云.新型桥式码垛机的研制[J].起重运输机械.单合理，自动化水平高，操作运行平稳月容易控制出入库2006, (08).速度等特点。应用于互感器自动化检定线时，各项指标达[5] 章强楼!东,盛志芳,谭杰眷烟厂码垛机RFID应用挖制系到了技术要求，极大的提高了生产效率,深受用户好评。统[J].制造业自动化, 2006, (10).[6] 左青王贵生.全自动码垛机的应用[J].中国油脂, 2010, (02). .参考文献[7]姚金柯.砌块码垛机的驱动及控制技术[J].建筑机械, 2005,[1]岳满林.包装码垛自动生产线及控制系统研究[D].哈尔滨理工(10).大学, 2007.[8]张秀云，阎洪水.全自动包装机及码垛机在纯碱行业的应用[2]卢志珍.基fPLC的全自动包装码垛生产线控制系统设计[D].[J].纯碱l业，2003, (04).江南大学, 2008.[9] 码垛机[J].包装与食品机械2000, (02).[3]黃爱梅.基fFPLC的聚厶烯包装码垛机控制系统设计[J].包装[10]王超码垛机升降分层变频器故障处理及维护[J].石化技术,工程2005, (01).2008, (02)(上接第126页)体参数的调节步骤如下: (1) 首先预选择一一个足够短的采样周期让系统工作; (2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期; (3) 在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。在实际调试中，可先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。但该系统存在如下不足之处，即试验所测量的数据的精确性难以得到保证，且存在测量误差，随机b直流调速系统优化后的仿真结果误差和连续数据离散化等问题。因此,我们在上述闭环直图3 直流调速系统仿真结果流调速系统的基础上,引入对负载扰动进行补偿的前馈控理论上讲，若物体运动速度逐渐减小，等效转动惯量制，从而构成一种复合控制系统,以实现对驱动电流的控是一个恒定值，则导致扭矩逐渐的增加,才能保证电动机制作用。PID电流控制系统的s imulink优化仿真模型如图补偿的惯量是逐渐的趋向与一个恒定的值。由图3可以看2所示。出，其中图b中的输出电流,与图a不同的地方就是0到2之间加了一个前向反馈，因而得出仿真图形比上一间中的0y2-厨日图形要平缓一些。也就是说,优化乃案能够更好地对输出电流进行控制。4总结通过以上设计的仿真及分析，我们可以得出以下几点结论:(1 )利用s imulink对直流调速系统进行仿真,是一种图2 PID电流控制系统的simul ink优化仿真结构图比较好的方式，降低了直流调速系统的制作成本，且能够经参数调整，可得表2中的参数。得到相对有效的结果。表2 PID电流控制系统优化模型参敷寻优结果(2 )本设计中直流调速系统在电流控制上存在一-定的初始条件仿真结果缺陷，但通过引入对负载扰动进行补偿的前馈控制可以达比例系数I积分系数抑制系敷f比例系数积分系数超调歌下降时间到较为理想的效果。3优化直流调速系统的评价[1]张红兵，贾来喜,李潞spss宝典[M].北京:电子工业大学出版将表1和表2中的数据进行拟合，作为信号输入源，分社, 2007年2月别输入优化前和优化后的系统,得到图3所示的结果。2]高志宏.真流调速数字控制系统的仿真设计与参数优化[J].浙江:机电工程,第25卷8期,99页,2008年8月.[3] 郑力新,周凯汀,玄光男.遗传算法在双闭环直流调速系统在线优化中的应用[].机电- -体化. 2001. 7(2):22 -24.[4]蒋珉.招中国煤化工国防科技大学出版社,2001.HCNMH G[5]沈承,黄光宏，曹世宏，李源PID控制系统的参数调节技巧[J].山西:机械1:程与自动化,第4期, 2008年8月a直流调速系统优化前的仿真结果129