【正文】 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。從圖33可以看出隨著積分時間常數(shù) 減小，靜差在減??；但過于小的 會加劇系統(tǒng)的震蕩，嚴(yán)重時甚至使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。根據(jù)PID控制器的基本結(jié)構(gòu)式（31），有 （33）在已知 和 的情況下， 為常數(shù)當(dāng)且僅當(dāng) 。 圖32 比例控制的系統(tǒng)相應(yīng)積分作用的引入主要是為了保證實際輸出值 在穩(wěn)態(tài)時對設(shè)定值 的無靜差跟蹤。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： 。針對這個問題，我們對控制器做一個修正。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。控制器的輸入輸出關(guān)系可描述為： 式中 ， 為比例系數(shù)， 為積分時間常數(shù)， 為微分時間常數(shù)。 圖31 常規(guī)PID控制器結(jié)構(gòu)原理圖上圖即常規(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。主要包括比例環(huán)節(jié)（P），積分環(huán)節(jié)（I），微分環(huán)節(jié)(D)，被控對象、加法器、存儲器以及輸入輸出設(shè)備等。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。其中，例2例5中，學(xué)生做完作業(yè)，這一個反應(yīng)，帶來的老師表揚或批評的反應(yīng)，再次引起的學(xué)生的反應(yīng)和原先學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度正相關(guān)，這就是正反饋；例3例4中，學(xué)生做完作業(yè)，這一個反應(yīng)，帶來的老師表揚或批評的反應(yīng)，再次引起的學(xué)生的反應(yīng)和原先學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度負(fù)相關(guān)，這就是負(fù)反饋。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。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)開始發(fā)奮學(xué)習(xí)，之后的越學(xué)越好成為優(yōu)等生。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。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)越學(xué)越好。下面舉個幾個簡單的例子:，學(xué)生練習(xí)了。有正反饋的控制系統(tǒng)叫正反饋系統(tǒng)，反之亦然。分為正反饋和負(fù)反饋。由于被控對象的輸出量沒有經(jīng)過回路反饋進行二次輸入，所以不會影響到控制器的輸入量。 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。準(zhǔn)確性：穩(wěn)態(tài)誤差值可以用來作為評判控制系統(tǒng)準(zhǔn)確性的量化標(biāo)準(zhǔn)。 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。 穩(wěn)態(tài)誤差既然是說系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，首先必須是系統(tǒng)進入了穩(wěn)態(tài)。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行控制的。也就是說即使我們不能完全了解被控對象及其控制系統(tǒng)，或者說沒有有效的測量方式來確定控制系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)時，PID控制技術(shù)成為不二選擇。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。 第三章 直流電機PID控制方案的選擇與論證 PID控制及部分參數(shù)指標(biāo)簡述PID控制就是比例積分微分控制。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。這個過程中，雇用蜂起到記憶作用，觀察蜂起到篩選作用，偵查蜂起到探索作用。 小結(jié)蜂群智慧的形成有以下幾個步驟：，即相互交換適應(yīng)度信息。（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。這種蜜蜂是的工作就是隨機搜索食物源。因此，更多的觀察蜂會選擇富源并反饋回積極信號。被選中的概率可以用下述表達式計算： (23) 或 (24)當(dāng)食物源被一只觀察蜂選中后，利用(22)式產(chǎn)生鄰居食物源，再計算其適應(yīng)值。觀察蜂會根據(jù)這些信息進行一種隨機的選擇。 觀察蜂時期 觀察蜂時期：觀察蜂是非雇傭蜂的其中一種。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。當(dāng)雇傭蜂找到一個食物源之后，會對這個食物源進行量化評估，即評估適應(yīng)值。 雇傭蜂時期每個食物源都含有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。 初始化時期雇用蜂和目標(biāo)之間總是一一對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)目標(biāo)沒有利用價值的時候，對應(yīng)的雇傭蜂又變成新的偵查蜂。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。 Frish發(fā)現(xiàn)，在自然界中，雖然各社會階層的蜜蜂只能完成單一的任務(wù)，但是蜜蜂通過搖擺舞氣味等多種信息交流方式，使得整個蜂群總是能很自如地發(fā)現(xiàn)優(yōu)良蜜源(或花粉) ，實現(xiàn)自組織行為。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。為了解決這個問題我們將微分控制引入控制器。這樣控制變化滯后，誤差變化超前。這就是微分控制。這就是PI控制器。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。當(dāng)系統(tǒng)進入穩(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。 積分控制I 引入積分控制主要是為了消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。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。第二章 基于人工蜂群算法的直流電機PID控制器相關(guān)基礎(chǔ)理論 直流電機PID控制器相關(guān)參數(shù) PID調(diào)節(jié)器包括三個基本參數(shù)：比例調(diào)節(jié)P、積分調(diào)節(jié)I以及微分調(diào)節(jié)D。 本論文的主要內(nèi)容本論文對直流電機PID控制器進行了總體的描述，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，便利的直流電機控制。 由于僅僅依靠生產(chǎn)工藝的更新和制造材料的升級，直流電機控制器的各個性能指標(biāo)總會提高至一個臨界值，當(dāng)達到了這個臨界值的時候，我們無法再進行優(yōu)化，或者說，再進行優(yōu)化越加困難。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。根據(jù)控制結(jié)構(gòu)，我們將自動控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩類。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。所以，在控制器中加入微分調(diào)節(jié)，可以使得被控量得到提前校正，再通過P、I校正后，整個校正時間縮短，有利于提高調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)質(zhì)量。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。但要注意單獨的積分調(diào)節(jié)往往是不能工作的。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。P調(diào)節(jié)就是調(diào)節(jié)器不斷地定常比例輸出進入調(diào)節(jié)器的輸入信號。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，微分調(diào)節(jié)能產(chǎn)生超前控制作用，但是由于微分作用依賴于輸入信號的變化率，當(dāng)噪聲干擾輸入系統(tǒng)時，微分作用反而會將其放大。D作用主要針對輸入信號為非定常量的調(diào)節(jié)方式。由于加入積分調(diào)節(jié)降低了系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)的速度。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。所以單一的比例調(diào)節(jié)只是一種機械化的調(diào)節(jié)，沒有達到智能化的要求。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。 由于制造材料越來越好，制造工藝越來越先進，工業(yè)生產(chǎn)要求越來越高，使得直流電機的制造要求和控制要求及其性能指標(biāo)必須提高?？斓?970年的時候出現(xiàn)了硅整流電源為其供電。19401950年MG發(fā)電機組為直流電機供電。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)使用的直流電機不斷的融入這些元素,也早就了更多種類的直流電機。 課題的研究現(xiàn)狀