【正文】 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2003. [13]陳伯時(shí)，（講座）[J].冶金自動(dòng)化，1983（1）、（2）. [14]洪乃剛，[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006[15]謝衛(wèi)，電力電子于交流傳動(dòng)系統(tǒng)仿真[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009[16][M].北京：中國(guó)電力出版社，2004[17]—電力電子變換和控制技術(shù)[M].：高等教育出版社，2004[18]：科學(xué)出版社，2007[19]——：清華大學(xué)出版社。通過(guò)這次設(shè)計(jì)也充分感受到了借用其他生物智慧所帶來(lái)的好處，讓我明白了學(xué)習(xí)過(guò)程并不是一個(gè)人死讀書的過(guò)程，而是除了學(xué)到未知知識(shí)和溫習(xí)已有的知識(shí)外還要融入自己的思考，必要時(shí)還要借鑒集體的智慧去完成學(xué)習(xí)。在撰寫過(guò)程中，往往遇到了一些瓶頸問(wèn)題；或請(qǐng)指導(dǎo)老師進(jìn)行講解和指導(dǎo)，或請(qǐng)同學(xué)們一起討論集思廣益，或自己認(rèn)真的分析問(wèn)題找到問(wèn)題的關(guān)鍵通過(guò)查閱資料來(lái)解決問(wèn)題，總之，撰寫的過(guò)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(guò)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(huì)的解決問(wèn)題的方式、掌握了新的解決問(wèn)題的方法。達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期的目的，完成了設(shè)計(jì)要求。這樣的一種轉(zhuǎn)化其它生物智慧為人類智慧的設(shè)計(jì)思想在帶動(dòng)人類科技文明發(fā)展中起到了不可估量的作用。其主要設(shè)計(jì)思路來(lái)自于模仿蜜蜂習(xí)性對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。這樣就達(dá)到了設(shè)計(jì)要求和研究目的。通過(guò)優(yōu)化，我們的到了一種不用祥知控制系統(tǒng)具體參數(shù)就能完成控制的控制器，在原有必須祥知控制系統(tǒng)具體參數(shù)才能完成的控制的控制器上有了質(zhì)的突破。所以我們優(yōu)化得到了更加穩(wěn)定的PI控制器。通過(guò)優(yōu)化提升了控制器對(duì)型號(hào)的響應(yīng)能力。由此部分可看出由此部分可看出經(jīng)蜂群算法優(yōu)化過(guò)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(jì)出的ACR環(huán)，但超調(diào)量略大。在電樞電流下降的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)蜂群算法優(yōu)化過(guò)的控制器在穩(wěn)定時(shí)間上優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制器，但還是存在超調(diào)略大的現(xiàn)象。由此可見(jiàn)，經(jīng)蜂群算法優(yōu)化過(guò)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(jì)出的ASR環(huán)。在4s時(shí)突加負(fù)載，曲線2比曲線1也有更強(qiáng)的抗擾能力，即人工蜂群算法能優(yōu)化PID控制器的魯棒性。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(guò)蜂群算法優(yōu)化過(guò)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線，曲線3為經(jīng)過(guò)蜂群算法優(yōu)化過(guò)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。仿真中，0~，~3秒轉(zhuǎn)速設(shè)為400 r/min的響應(yīng)，在4秒加入負(fù)載電流為100A的加載擾動(dòng)，5~6秒為帶載情況下轉(zhuǎn)速調(diào)為600r/min的響應(yīng)，6~8秒為帶載下轉(zhuǎn)速回到額定轉(zhuǎn)速的響應(yīng)。對(duì)應(yīng)工程設(shè)計(jì)的參數(shù)為: Ckp =，CKi=，SKp=，SKi=。最終30次試驗(yàn)全部找到了使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的參數(shù)。電流環(huán)由于受到斜坡反電動(dòng)勢(shì)的擾動(dòng)而存在靜差，設(shè)計(jì)電流環(huán)的最大電流為200A，但是在恒流升速階段因?yàn)殪o差的存在電流值并不能達(dá)到200A，于是將空載啟動(dòng)過(guò)程中的額定電流定為190A，加載過(guò)程的額定電流為負(fù)載電流。es(t)和ec(t)分別為按照額定轉(zhuǎn)速和額定電流歸一化后的速度誤差和電流誤差。為三個(gè)權(quán)重系數(shù)，調(diào)節(jié)這三個(gè)參數(shù)可以控制性能指標(biāo)的傾向。 (62)式(62)中0~ta為空載啟動(dòng)時(shí)間段，tb~tc為加載時(shí)間段。根據(jù)蜂群算法,在MATLAB中求取最優(yōu)雙閉環(huán)PI參數(shù)。首先產(chǎn)生規(guī)模為N的蜜蜂種群，根據(jù)Karaboga等人的研究，其中雇傭蜂和觀察蜂各占種群規(guī)模的N/2可以使算法達(dá)到較優(yōu)的效果。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(yùn)行中通過(guò)調(diào)用直流雙閉環(huán)的simulink模塊(見(jiàn)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(píng)估的輸入。因此在本設(shè)計(jì)中采用基于生物模型的蜂群算法對(duì)雙閉環(huán)的PI參數(shù)進(jìn)行整定。究其原因，正是因?yàn)锳SR和ACR用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定的帶限幅PI調(diào)節(jié)器。工廠內(nèi)，由于溫度、壓力等因素，導(dǎo)致模型的傳遞函數(shù)和實(shí)際的不一樣，而仿真模型也并不會(huì)考慮到實(shí)際情況。第六章 人工蜂群算法優(yōu)化雙閉環(huán)PI參數(shù)的實(shí)現(xiàn) PID基本算法 PID算法的原理是利用比例、積分和微分來(lái)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(shí)間常數(shù)； 為微分時(shí)間常數(shù)，且 為系統(tǒng)的反饋偏差。為此，我們將在下一章對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)基于人工蜂群算法的優(yōu)化。前文提到，動(dòng)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(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。這說(shuō)明典型雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能很差需要優(yōu)化，轉(zhuǎn)速很慢，啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。 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 如圖52，橫軸代表時(shí)間，縱軸分別代表負(fù)載電流和轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n。電流給定為I，電樞電流為Id。當(dāng)給定電壓值不變時(shí)，這就是恒流調(diào)節(jié)。這就是雙閉環(huán)的特點(diǎn)。電流調(diào)節(jié)器給定一個(gè)電壓值（Ui）由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出，這是兩個(gè)調(diào)節(jié)器唯一的聯(lián)系。Step1為給定轉(zhuǎn)速輸入，step2為負(fù)載電流Id階躍。 第五章 直流電機(jī)雙閉環(huán)PID控制器的仿真 直流電機(jī)雙閉環(huán)PID控制系統(tǒng)仿真圖 圖51為典型雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速仿真模型 圖51 典型雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)仿真圖 直流電機(jī)雙閉環(huán)PID控制系統(tǒng)仿真圖各數(shù)據(jù)說(shuō)明 ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，ACR為電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。明顯的，如果我們不知道電動(dòng)機(jī)參數(shù)或者參數(shù)不是定值，我們便無(wú)法設(shè)計(jì)這種調(diào)節(jié)器，而事實(shí)上，在多數(shù)情況下，這種調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)前提都不能滿足。各調(diào)節(jié)器均提高了系統(tǒng)的魯棒性。④當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全保護(hù)作用。 ②起動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流。其輸出限幅值決定允許的最大電流。 控制器各部分功能簡(jiǎn)介轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器作用為:①使轉(zhuǎn)速跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。 ③ 過(guò)程 在 之后電流衰減至新的穩(wěn)定值，同時(shí)轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)一個(gè)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。 理論上系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程分析根據(jù)設(shè)計(jì)圖42所示瞬態(tài)過(guò)程，可以將該過(guò)程分為三段： ① 過(guò)程在這段時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)可近似為受到零沖擊響應(yīng)，所以電機(jī)轉(zhuǎn)速幾乎不變，電流迅速升高，這一階段稱為啟動(dòng)過(guò)程。在實(shí)際控制中運(yùn)用現(xiàn)代控制理論，往往需要對(duì)應(yīng)于過(guò)程對(duì)象所需的精確數(shù)學(xué)模型，而實(shí)際上很尷尬的是通常難以獲得精確的數(shù)學(xué)模型。50年代中期，數(shù)字計(jì)算機(jī)的問(wèn)世，使得科學(xué)家成功的應(yīng)用了差分方程的方式來(lái)描述系統(tǒng)模型。并成功的運(yùn)用模擬計(jì)算機(jī)檢測(cè)時(shí)域響應(yīng)指標(biāo)，從而使得檢測(cè)更為方便。這種經(jīng)典設(shè)計(jì)方法基于模型的不確定性，在系統(tǒng)內(nèi)引入負(fù)反饋增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度、減少了噪聲信號(hào)的干擾、提高了系統(tǒng)自動(dòng)處理誤差的靈敏度。 回顧控制器設(shè)計(jì)史 控制領(lǐng)域長(zhǎng)期堅(jiān)定不移的追求對(duì)控制器的改進(jìn)事業(yè)。因此，結(jié)合更優(yōu)勢(shì)的算法，加上對(duì)控制器結(jié)構(gòu)的深入研究，對(duì)控制器加以改進(jìn)，興許能夠提高產(chǎn)品性價(jià)比。例如，利用傳統(tǒng)的單自由度控制器就無(wú)法同時(shí)滿足設(shè)定值跟蹤和負(fù)載擾動(dòng)抑制的要求。這也是一種人工蜂群算法的考慮方式。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)控制器，去控制實(shí)際的電機(jī)時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)弄清楚控制的主要目的，找出問(wèn)題最關(guān)鍵的地方，也就是重點(diǎn)問(wèn)題。 設(shè)計(jì)前應(yīng)考慮的問(wèn)題當(dāng)理論運(yùn)用于實(shí)踐的時(shí)候，我們必須根據(jù)實(shí)際情況對(duì)問(wèn)題加以分析，應(yīng)當(dāng)以求真務(wù)實(shí)、實(shí)事求是的精神去解決實(shí)際問(wèn)題，要杜絕運(yùn)用與事實(shí)存在問(wèn)題不相符或者并不類似的理論解決問(wèn)題。② 保持系統(tǒng)穩(wěn)定設(shè)計(jì)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(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的瞬態(tài)過(guò)程。① 快速啟動(dòng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖41所示需要設(shè)計(jì)雙閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器，控制的一個(gè)重要目的就是要獲得接近于理想的起動(dòng)過(guò)程。 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)圖 圖41 雙閉環(huán)直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 圖42雙閉環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)域圖 設(shè)計(jì)基本要求 PID控制有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，針對(duì)不同的被控系統(tǒng)，控制器也往往各異。然而，在閉環(huán)系統(tǒng)中，閉環(huán)環(huán)數(shù)越多，對(duì)應(yīng)在應(yīng)用上的設(shè)計(jì)和研發(fā)成本也就越高，也就是說(shuō)，這樣會(huì)讓控制器的經(jīng)濟(jì)性越低。而閉環(huán)系統(tǒng)控制相對(duì)開(kāi)環(huán)控制可以提高電機(jī)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能，雙閉環(huán)系統(tǒng)，比閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能更強(qiáng)，同理，三閉環(huán)系統(tǒng)在靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能上又優(yōu)于雙閉環(huán)系統(tǒng)。另外，從圖35可以看出微分時(shí)間常數(shù) 增加有利于減小超調(diào)量。PD控