【正文】 在撰寫過程中，往往遇到了一些瓶頸問題；或請指導(dǎo)老師進(jìn)行講解和指導(dǎo)，或請同學(xué)們一起討論集思廣益，或自己認(rèn)真的分析問題找到問題的關(guān)鍵通過查閱資料來解決問題，總之，撰寫的過程中，我學(xué)到了不少的東西，溫習(xí)了 MATLAB的使用方法，學(xué)習(xí)了數(shù)學(xué)公式編輯器的使用，通過指導(dǎo)老師的講解接觸到領(lǐng)域內(nèi)更前沿的技術(shù)，和同學(xué)們討論熟練了已學(xué)會的解決問題的方式、掌握了新的解決問題的方法。這樣就達(dá)到了設(shè)計要求和研究目的。由此部分可看出由此部 分可看出經(jīng)蜂群算法優(yōu)化過的ACR響應(yīng)速度和穩(wěn)定性都優(yōu)于傳統(tǒng)工程方法設(shè)計出的 ACR環(huán)，但超調(diào)量略大。 29 圖 63 直流電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真結(jié)果 圖中曲線 1為經(jīng)傳統(tǒng) PID控制器的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線，圖中曲線 2為經(jīng)過蜂群算法優(yōu)化過的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線，曲線 3為經(jīng)過蜂群算法優(yōu)化過的電流響應(yīng)曲線，曲線 4為傳統(tǒng) PID控制器的電流響應(yīng)曲線。電流環(huán) 28 由于受到斜坡反電動勢的擾動而存在靜差，設(shè)計電流環(huán)的最大電流為 200A，但是在恒流升速階段因為靜差的存在電流值并不能達(dá)到 200A，于是將空載啟動過程中的額定電流定為 190A，加載過程的額定電流為負(fù)載電流。 根據(jù)蜂群算法 ,在 MATLAB中 求取最優(yōu)雙閉環(huán) PI參數(shù)。按 照 公 式 ( 2 ) 計 算 出 一 個 新 的 蜜 源評 價 新 蜜 源用 貪 心 選 擇 較 優(yōu) 秀的 蜜 源新 蜜 源 優(yōu) 于 i 蜜 源記 錄 蜜 源 更 新 失 敗的 次 數(shù)Y E SN O記 錄 算 法 起 始 到 現(xiàn) 在 的 全 局 最 優(yōu) 蜜 源找 出 種 群 中 蜜 源 失 敗 次 數(shù) 最 多 值失 敗 次 數(shù) 大 于 L i m i t C n t根 據(jù) 公 式 ( 1 ) 重 置 此蜜 源Y E SN O算 法 整 個 運(yùn) 行 次 數(shù) 小 于 6 0 結(jié) 束N OY E SR a n d P mm + + 。 第六章 人工 蜂群算法優(yōu)化雙閉環(huán) PI參數(shù)的實現(xiàn) PID 基本算法 PID算法的原理是利用比例、積分和微分來線性組合形成的一種調(diào)節(jié)器， PID控制器輸出可描述為： （ 61） 式中， 為比例放大系數(shù)； 為積分時 間常數(shù)； 為微分時間常數(shù)，且 為系統(tǒng)的反饋偏差。 直流電機(jī)雙閉環(huán) PID 控制系統(tǒng)仿真結(jié)果 圖 52 典型雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)仿真結(jié)果圖 25 ()01( ) [ ( ) ( ) ]t etp t ditdu t K e t e t d TTd? ? ??pK iT dT ??et 如圖 52，橫軸代表時間，縱軸分別代表負(fù)載電流和轉(zhuǎn)速。這就是雙閉環(huán)的特點(diǎn)。明顯的，如果我們不知道電動機(jī)參數(shù)或者參數(shù)不是定值，我們便無法設(shè)計這種調(diào)節(jié)器，而事實上，在多數(shù)情況下，這種調(diào)節(jié)器的設(shè)計前提都不能滿足。其輸出限幅值決定允許的最大電流。 在實際控制中運(yùn)用現(xiàn)代控制理論，往往需要對應(yīng)于過程對象所需的精確數(shù)學(xué)模型，而實際上很尷尬的是通常難以獲得精確的數(shù)學(xué)模型。 回顧控制器設(shè)計史 控制領(lǐng)域長期堅定不移的追求對控制器的改進(jìn)事業(yè)。 發(fā)現(xiàn)問題：當(dāng)我們設(shè)計一個控制器，去控制實際的 電機(jī)時，首先應(yīng)當(dāng)弄清 楚控制的主要目的，找出問題最關(guān)鍵的地方，也就是重點(diǎn)問題。 控制系統(tǒng)的設(shè)計 設(shè)計圖 圖 41 雙閉環(huán)直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè) 計圖 20 圖 42雙閉環(huán)系統(tǒng)啟動過渡過程時域圖 設(shè)計基本要求 PID 控制有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，針對不同的被控系統(tǒng)，控制器也往往各異。 PD控制器的結(jié)構(gòu)為： （ 34） 的泰勒級數(shù)為 ??，則 （ 35） 控制信號與 時刻以后的偏差成比例。通過在比例控制中引入設(shè)定值加權(quán)系數(shù) b，將 PID 控制器修正為 （ 32） 其中： 。 圖 31 常規(guī) PID 控制器結(jié)構(gòu)原理圖 15 spy(t) y(t) e(t)u(t)(31)? ()01( ) [ ( ) ( ) ) ]t etp t ditdu t K e t e t d TTd? ? ??e(t)=ysp(t)y(t) PK iT dTe(t)3(s+T) PK()()01( ) [ ( ) ( ) ]i etp p t ditdu t K e e t d t TTd? ? ??( ) ( ) ( )p ape t by t y t??上圖即常規(guī) PID 控制器結(jié)構(gòu)原理圖，系統(tǒng)的主要部分分為 PID 控制部分（包括比例環(huán)節(jié) P、積分環(huán)節(jié) I、微分環(huán)節(jié) D）和被控對象組成。老師收上來改，發(fā)現(xiàn)做的很差，就批評了他，于是這個同學(xué)開始覺得老師故意刁難他，就更加不愿意學(xué)習(xí)了。 下面舉個幾個簡單的例子 : ，學(xué)生練習(xí)了。 13 PID 控制的分類 從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上來分，可以將 PID 控制系統(tǒng)分為以下兩類：開環(huán)控制、閉環(huán)控制。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進(jìn)行控制的。這類似于牛頓迭代法，通過無限次的迭代，找到最終的最正 確的解。如果雇傭蜂通過實現(xiàn)給定的嘗試次數(shù)之后，仍然未能提高解的質(zhì)量，則雇傭蜂就變成為偵察蜂，其擁有的解就會被放棄。觀察蜂會進(jìn)入巢穴中分享等待他們的雇用蜂的食物源信息。每個食物源 都含有 n個待優(yōu)化變量( )這些向量將要被優(yōu)化，從而使得目標(biāo)函數(shù)最小化。土耳其 Erciyes 大學(xué)的 于 20xx 年首先將人工蜂群算法應(yīng)用于多峰值函數(shù)的數(shù)值優(yōu)化上。有的元件慣性較大或者滯后作用較強(qiáng)，容易抑制誤差。積分控制就是將輸入信號積分后由比例控制調(diào)比之后再輸出。所以，我們換一種渠道，應(yīng)用新的算法去提高直流控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)或許可以收到事半功倍的效果。目前衡量各行業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)志就是工業(yè)自動化水平。 I 調(diào)節(jié)就是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)偏差時，不斷地向執(zhí)行器輸出進(jìn)入控制器偏差量的積分，由執(zhí)行器不斷地進(jìn)行被控量的校正，直到系統(tǒng)不再有偏差。于是，積分調(diào)節(jié)往往要配合比例調(diào)節(jié)組 成 PI 調(diào)節(jié)或組合比例和微分成為 PID 調(diào)節(jié)。 4 現(xiàn)行 PID控制存在的問題 PID 中 P 是比例的縮寫、 I 是積分的縮寫、 D是微分的縮寫。在這 140 年間，直流電機(jī)的設(shè)計和制造技術(shù)不斷優(yōu)化和完善。那么這樣一件工作可以完成么？ 答案是肯定的。 于是，基于人工蜂群算法的直流電機(jī) PID 控制器設(shè)計的工作開始了。 可是，現(xiàn)如今，由于控制器的各個性能指標(biāo)之間有著相互約束的關(guān)系，以及由于實際生產(chǎn)過程中的研發(fā)、生產(chǎn)成本帶來的性價比等因素，使得 PID控制器的設(shè)計邁向新的臺階產(chǎn)生了重重困難。 HUBEI UNIVERSITY FOR NATIONALITIES 學(xué)士學(xué)位論文 論文題目 基于人工蜂群算法的直流電機(jī) PID 控制器設(shè)計與仿真 I 鄭重 聲明 本人的畢業(yè)論文為《基于人工蜂群算法的直流電機(jī) PID 控制器設(shè)計與仿真》，該論文是在指導(dǎo)老師的幫助和我查閱很多相關(guān)資料下獨(dú)立完成的。考慮到這些因素的存在，我們須找到一種能在權(quán)衡所有因素之后找到一個最優(yōu)解決方案來解決這個問題。 關(guān)鍵詞 : 直流電機(jī)， PID 控制器，人工蜂群算法 III ABSTRACT With the continuous deepening of the human in the field of power electronics, DC motor and its controller are used more and more widely. We enjoy the convenience it brings is also increasingly found their deficiency. Or say, stability, robustness and performance index of PID controller for DC motor current due to power electronics industry growing production requirements increase gradually with no requirements. At this moment we are in order to improve the performance index of the controller, we must make the new algorithm is introduced into the control system, to achieve the promotion of each performance index of the controller. However, nowadays, due to the relation between each performance index of the controller, and the R amp。我們可以借助人工蜂群算法優(yōu)化 PID 控制器。由于新的材料和新的技術(shù)不斷出現(xiàn)，整流電源的問世 , 越來越多的工業(yè)使用的直流電機(jī)不斷的融入這些元素 ,也早就了更多種類的直流電機(jī)。 P 調(diào)節(jié)作用：是按比例反應(yīng)系統(tǒng)的偏差 ,當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)了偏差 ,為了使系統(tǒng)可靠，比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生 調(diào)節(jié)作用用以減少偏差。 D作用主要針對輸入信號為非定常量的調(diào)節(jié)方式。因此，只要偏差一直存在，積分過程在調(diào)節(jié)器內(nèi)就不會終止。 同時，控制理論經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論。 6 本論文的主要內(nèi)容 本論文對直流電 機(jī) PID 控制器進(jìn)行了總體的描述，并且使用人工蜂群算法加以優(yōu)化設(shè)計于仿真，以實現(xiàn)穩(wěn)定，高效，便利的直流電機(jī)控制。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，這樣的系統(tǒng)就叫做有差系統(tǒng)，需要積分控制來控制其穩(wěn)態(tài)誤差。這樣控制變化滯后，誤差變化超前。 關(guān)聯(lián)食物源的雇用蜂，選擇食物源的觀察蜂，探索新食物源的偵查蜂是工蜂蜂群的幾種不同的工種。可以利用下式進(jìn)行初始化： (21) 9 其中 和 是參數(shù) 取值的上下限 。觀察蜂會根據(jù)這些信息進(jìn)行一種隨機(jī)的選擇。（嘗試次數(shù)是由 ABC 使用者事先給定的，稱為 “放棄閾值”（ abandonment criteria））轉(zhuǎn)換后的偵察蜂開始隨機(jī)搜索新的解，比如，如果被放棄 了，那么原來擁有的雇傭蜂就會利用（ 21）式來產(chǎn)生新的解。同樣，用人工來模擬這個過程，就很容易找到最優(yōu)的控制參數(shù)。 階躍響應(yīng) 將一個階躍信號輸入系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)一系列的傳遞函數(shù)之后的輸出就叫階躍響應(yīng)。 開環(huán)控制 沒有反饋回路的 控制叫做開環(huán)控制。 ，學(xué)生做完了。 例 1 就是沒有反饋屬于開環(huán)控制，后面 4個就是有反饋屬于閉環(huán)控制。這是一種線性控制器，根據(jù)設(shè)定值 和實際輸出值 構(gòu)成偏差 ，將偏差按比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制 量 ,對被控對象進(jìn)行控制。從這個表達(dá)式可以看出通過調(diào)節(jié)設(shè)定值信號的 比例增益，減小相應(yīng)的動態(tài)相應(yīng)以克服超調(diào)問題。從圖 34可看出比例微分能夠預(yù)報未來的輸出?？偟膩碚f這些 PID 控制器的共同點(diǎn)在于：它們都是基于已知或可知其運(yùn)行過程的知識，且能通過設(shè)計達(dá)到相應(yīng)的性能指標(biāo)同時具備滿足要求的計算能力。另外，應(yīng)當(dāng)注意設(shè)計產(chǎn)品的性價比，也就是把穩(wěn)定性約束、魯棒性約束等約束指標(biāo)和研發(fā)成本的問題進(jìn)行綜合考慮。在 1