【正文】 CKp和 CKi為 ACR環(huán) PI參數(shù) )的最優(yōu)位置，使控制系統(tǒng)的動態(tài)過程指標(biāo)滿足要求，其實質(zhì)是轉(zhuǎn)化為基于一定目標(biāo)適應(yīng)函數(shù)進行函數(shù)尋優(yōu)的問題。 s為轉(zhuǎn)速環(huán)的最大超調(diào)量。我們挑出適應(yīng)度居中對應(yīng)的參數(shù)為 :Ckp = ， CKi=，SKp=， SKi=。 在 5s時的帶載減速過程中，曲線 2的抗過沖能力明顯優(yōu)于曲線 1，穩(wěn)定時間也更短，人工蜂群算法能優(yōu)化 PID控制器的使用效率。 ，蜂群算法優(yōu)化的 PI控制器明顯優(yōu)于工程設(shè)計的 PI控制器。這種將模仿生物體對產(chǎn)品進行設(shè)計或優(yōu)化的理念已經(jīng)在各個領(lǐng)域取得巨大的成功。 33 參考文獻 [1]Seeley,Thomas D． The wisdom of the hive:The social physiology of honey bee colonies[M] .Massachusetts,USA:HarvaM University Press,1995:216239. [2]Basturk B,Karaboga D． An Artificial Bee Colony(ABC) Algorithmfor Numeric function Optimization[C].USA, Indiana IEEE Swarm Intelligence Symposium, 20xx:34. [3]楊進等．解決復(fù)雜優(yōu)化問題的一個有效工具 —— 蜂群優(yōu)化算法， 20xx， 27(12):44104413. [4]張超群等．蜂群算法研究綜述 [J]．計算機應(yīng)用研究， 20xx， 28(9):32013205． [5]舒懷林．直流電動機 PID 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雙閉環(huán)控制系統(tǒng) [J]．機電工程技術(shù)， 20xx， 34(11):1718. 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[12]陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng) — 運動控制系統(tǒng) [ M ]． 3 版。 根據(jù)仿真的結(jié)果顯示，在經(jīng)過人工蜂群算法優(yōu)化過后的 PID控制器的控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性等各個性能指標(biāo)均有不同程度的提升。 ，構(gòu)建較好適應(yīng)度評價函數(shù)后，使用蜂群算法可在 不知道控制系統(tǒng)具體參數(shù)的情況下設(shè)計出很理想的控制參數(shù) ，但在實際中使用有一定的局限性，由于蜂群算法需要多次求取適應(yīng)度來分析比較，表現(xiàn)在實際中就是系統(tǒng)要多次階躍工作，這是一個比較繁瑣的過程。 對比仿真結(jié)果的曲線 3和曲線 4 對比曲線 3與曲線 4，在電樞電流 曲線上升的過程中，兩種控制器的響應(yīng)速度是一樣的，雖然經(jīng)過蜂群算法整定過的控制器其穩(wěn)定性比傳統(tǒng) PID控制器的超調(diào)量大一些，但其進入穩(wěn)定的時間比傳統(tǒng) PID算法進入穩(wěn)定的時間快很多。 在 MATLAB中將蜂群算法整定 PID控制器與傳統(tǒng) PID整定控制器進行對比仿真。本文中選擇 。蜂群算法通過改 SKp,SKi,CKp,CKi參數(shù)的值來 獲取不同的輸出響應(yīng)，評估這些響應(yīng)值來判斷輸入?yún)?shù)的優(yōu)劣，優(yōu)化總流程如圖 5。這就是傳統(tǒng)雙閉環(huán)的特點，也是其缺陷所在。而仿真顯示，典型的雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性和快速性均有待優(yōu)化，明顯達不到現(xiàn)行的工業(yè)生產(chǎn)要求。轉(zhuǎn)矩變化量為Δ。 out out2分別為轉(zhuǎn)速和電流環(huán)輸出數(shù)據(jù)到 workspace的端口。如果故障消失，系 統(tǒng)能夠自動恢復(fù)正常。這是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段，這一階段稱為穩(wěn)定過程。然而，此時的控制領(lǐng)域?qū)`敏度和魯棒性的要求有所降低。線性積分器在提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精確度的同時，也引發(fā)了 的相位滯后，惡化了控制系統(tǒng)的品質(zhì)，時常引起系統(tǒng)快速性于穩(wěn)定性之間不可調(diào)和的矛盾。由此可知，這樣就達到了 PID 控制中的“使電機保持恒定轉(zhuǎn)速”的要求。即閉環(huán)系統(tǒng)控制在靜態(tài)、動態(tài)性能上優(yōu)于開環(huán)系統(tǒng)，高環(huán)數(shù)閉環(huán)系統(tǒng)控制靜態(tài)、動態(tài)性能上優(yōu)于低環(huán)數(shù)閉環(huán)系統(tǒng)控制。即對于一個帶積分作用的控制器，如果它能夠使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定并存在一個穩(wěn)定狀態(tài)，則此時對設(shè)定值的跟蹤一定是無靜差的。圖(受控目標(biāo)的傳遞函數(shù)均為： 1/ ， )反映了 增大，誤差減小，振蕩加劇，超調(diào)量變大。 PID 控制器的基本結(jié)構(gòu) PID 實質(zhì)上是一種為工業(yè)電機控制而設(shè)計的控制器。 ，學(xué)生做完了。經(jīng)反饋后與輸入信號產(chǎn)生疊加的叫做正反饋，反之，為負反饋。 控制系統(tǒng)性能 穩(wěn)定性：階躍響應(yīng)是否具有收斂性，是控制系統(tǒng)是否具有穩(wěn)定性的判定依據(jù)。如果當(dāng)我們無法完全掌握 被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，或 者，我們無法得到其 精確的數(shù)學(xué)模型， 這時，其它控制技術(shù)的理論難以采 用 ， 那么，我們只能 依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試 來完成對系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的確定工作 ， 而此時最方便的方式就是運用 PID 控制 。其中第二個過程是極為關(guān)鍵的。因此，更多的觀察蜂會選擇富源并反饋回積極信號。當(dāng)產(chǎn)生新的食物源之后，會計算出它的適應(yīng)值，并且在 和 之間應(yīng)用貪心法做出選擇。雇用蜂和目標(biāo)之間總是一一對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。所以 PD 控制器適用于大慣性滯后性質(zhì)的被控系統(tǒng)，起到穩(wěn)定系統(tǒng)動態(tài)特性的作用。這就是 PI 控制器。用單一的比例控制勢必 會造成系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差。被控系統(tǒng)連接傳感器再連接變送器加載到控制器，而控制器連接輸入輸出接口和執(zhí)行器。 D調(diào)節(jié)就是微分調(diào)節(jié)，基于其輸出的是輸入的微分量能反映出輸入變化 趨勢。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，傳感器將被測量的溫度、壓力等信號進行量化為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)送入調(diào)節(jié)器，在調(diào)節(jié)器中，與給定值進 行比較，然后把比較出的差值進行 PID 運算。所以積分調(diào)節(jié)開始于體統(tǒng)有誤差 ,并不斷地縮小系統(tǒng)誤差，終止于系統(tǒng)無誤差 ,積分調(diào)節(jié)是系統(tǒng)可靠性的保證?？斓?1970 年的時候出現(xiàn)了硅整流電源為其供電。 研究意義 針對現(xiàn)行直流雙閉環(huán) PID 控制器參數(shù)整定與優(yōu)化過程中的困難，本文通過將一種基于采蜜行為的人工蜂群算法應(yīng)用于雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，實現(xiàn) PID 控制器參數(shù)的自整定與優(yōu)化。這說明自然界中其他生物的特殊智慧為人類所用之后能給人們的生產(chǎn)發(fā)展帶來很大的便利和實惠，也能給人類了物質(zhì)生活帶來享受。而蜂群工作則 可以將各個局部最優(yōu)疊加產(chǎn)生整體最優(yōu)。我們在享受其帶來的便利的同時也越來越多地發(fā)現(xiàn)了它們的不足。 特此聲明 論文作者： 簽字日期： 年 月 日 II 摘 要 隨著人類在電力電子領(lǐng)域的不斷深入，直流電機及其控制器得到了越來越廣泛的使用。蜜蜂采蜜時，將局部內(nèi)所有食物源進行優(yōu)劣對比，找到局部最佳值。比如，根據(jù)茅草發(fā)明了鋸子，根據(jù)魚的流線型身體完成了潛水艇的制造，根據(jù)蜘蛛織網(wǎng)使得互聯(lián)網(wǎng)的普及和推廣，根據(jù)蝙蝠的發(fā)聲定位原理發(fā)明了雷達等等。使得直流電機 PID 控制器更加安全、可靠、穩(wěn)定、高效。從 1960 年開始水銀整 流器為其供電。 I 調(diào)節(jié)是一種提高無差度的調(diào)節(jié)方式，它的調(diào)節(jié)目的是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差。過分強調(diào)微分調(diào)節(jié)，會降低系統(tǒng)的抗干擾能力，我們使用微分調(diào)節(jié)必須加入比例調(diào)節(jié)或者加入比例和積分調(diào)節(jié)組成 PD 控制器或者 PID 控制器。所謂整定積分時間就是調(diào)積分的快慢，這要取決于對象的特性?？刂破鳌鞲衅?、變送器、執(zhí)行器、 I/O 接口構(gòu)成控制系統(tǒng) 的基本單元。 比例控制 P P（比例）控制是 一種非智能化控制方式，這種控制方式中，控制器輸出正比于輸入。當(dāng)積分控制和比例控制相結(jié)合，我們就可以使得系統(tǒng)順利進入穩(wěn)態(tài)，并且進入穩(wěn)態(tài)后沒有 穩(wěn)態(tài)誤差。再配合比例控制就能提前將消除抑制誤差的控制，這樣就避免了控制中出現(xiàn)很大的超調(diào)量。這種算法里面，目標(biāo)位置叫做一個可行解，目標(biāo)數(shù)量表示解的質(zhì)量。此處，它們可以采用下述公式來確定鄰居食物源： (22) 其中 是一個隨機選擇的食物源， i 是隨機選擇的一個位置索引， 是一個[a,a]之間的一個隨機數(shù)， a 決定了臨域搜索的區(qū)間度。在雇傭蜂時期，在 和 之間用貪心法來做出選擇。 。至今， PID 控制問世已經(jīng)長達七十年之久，由于它的結(jié)構(gòu)相對簡單、相對較為穩(wěn)定、工作相對可靠、調(diào)整相對方便，于是成為了主要的工業(yè)控制技術(shù)之一。 上升時間 系統(tǒng)從啟動開始到進入穩(wěn)態(tài)終止，這一個時間段稱為上升時間。分為正反饋和負反饋。老師收上來改，發(fā)現(xiàn)做的很好，就表揚了他，于是這個同學(xué)開始飄飄然，之后的成績一落千丈。這樣，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，我們運用 PID 控制技術(shù)可以更加充分的達到電機的穩(wěn)定和高效。為了控制這樣一個超調(diào)問題，我們在控制器中加入比例作用，這樣就能及時的反映偏差信號，以使控制速度達到最快，這樣偏差信號將會逐漸衰減。根據(jù) PID 控制器的基本結(jié)構(gòu)式（ 31），有 （ 33） 17 pK iT 0u 0 0e?iTiTpK()( ) [ ( ) ]etpd du t K e t Tdt??()det T? ()( ) ( ) 2!ni ddete t e t T T? ? ?()( ) ( ) etdd de t T e t Tdt? ? ?dTdT在已知 和 的情況下， 為常數(shù)當(dāng)且僅當(dāng) 。而閉環(huán)系統(tǒng)控制相對開環(huán)控制可以提高電機的靜態(tài)、動態(tài)性能，雙閉環(huán)系統(tǒng)，比閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)性能更強，同 理，三閉環(huán)系統(tǒng)在靜態(tài)、動態(tài)性能上又優(yōu)于雙閉環(huán)系統(tǒng)。 ② 保持系統(tǒng)穩(wěn)定 設(shè)計圖 42 則表示當(dāng)我們從外界突然加給定電壓于 雙 閉 環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，使系統(tǒng)由靜止?fàn)顟B(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的瞬態(tài)過程。例如，利用傳統(tǒng)的單自由度控制器就無法同時滿足設(shè)定值跟蹤和負載擾動抑制的要求。并成功的運用模擬計算機檢測時域響應(yīng)指標(biāo)，從而使得檢測更為方便。 ③ 過程 在 之后電流衰減 至新的穩(wěn)定值，同時轉(zhuǎn)速經(jīng)過一個短暫的上升逐漸又回到這一階段的初始位置，并趨于穩(wěn)定。 ④當(dāng)電動機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全保護作用。Step1為給定轉(zhuǎn)速輸入， step2為負載電流 Id階躍。電流給定為 I，電樞電流為 Id。前文提到，動態(tài)穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性是衡量工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要評判標(biāo)準(zhǔn) 。究其原因，正是因為 ASR和 ACR用結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定的帶限幅 PI調(diào)節(jié)器。蜂群算法優(yōu)化 PI控制器參數(shù)的系統(tǒng)圖如圖 61： 圖 61 蜂群算法優(yōu)化 PI 控制器參數(shù)系統(tǒng) 蜂群算法為 script代碼，在運行中通過調(diào)用直流雙閉環(huán)的 simulink模塊 (見圖 4)得到 out1和 out2的輸出，將此輸出作為 ABC算法的適應(yīng)度評估的輸入。為三個權(quán)重系數(shù)，調(diào)節(jié)這三個參數(shù)可以控制性能指標(biāo)的傾向。對應(yīng)工程設(shè)計的參數(shù)為 : Ckp =， CKi=，SKp=， SKi=。 由此可見，經(jīng)蜂群算法優(yōu)化過的 ASR不論是響應(yīng)速度，還是穩(wěn)定性和速度超調(diào)量都優(yōu)于傳統(tǒng)工程方法設(shè)計出的 ASR環(huán)。所以我們優(yōu)化得到了更加穩(wěn)定的 PI控制器。這樣的一種轉(zhuǎn)化其它生物智慧為人類智慧的設(shè)計思想在帶動人類科技文明發(fā)展中起到了不可估量的作用。北京 : 機械工業(yè)出版社 , 20xx. 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