【正文】 。 快速性：系統(tǒng)所用的上升時(shí)間和其快速性能成反比。 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)。而這個(gè)誤差就是實(shí)際的輸出與預(yù)先期望值的距離。 階躍響應(yīng) 將一個(gè)階躍信號(hào)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)。 PID 控制， 在 實(shí)際中 分為 PI和 PD控制 兩種 。如果當(dāng)我們無法完全掌握 被控對(duì)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(shí)，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(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 來完成對(duì)系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的確定工作 ， 而此時(shí)最方便的方式就是運(yùn)用 PID 控制 。工業(yè)實(shí)際中的比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。同樣，用人工來模擬這個(gè)過程，就很容易找到最優(yōu)的控制參數(shù)。基于這樣的分工，就很容易達(dá)到局部最優(yōu)，進(jìn)而達(dá)到整體最優(yōu)。其中第二個(gè)過程是極為關(guān)鍵的。 小結(jié) 蜂群智慧的形成有以下幾個(gè)步驟： ， 播，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(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(huì)利用（ 21）式來產(chǎn)生新的解。這種蜜蜂是的工作就是隨機(jī)搜索食物源。因此，更多的觀察蜂會(huì)選擇富源并反饋回積極信號(hào)。 被選中的概率 可以用下述表達(dá)式計(jì)算： (23) 或 (24) 10 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(jì)算其適應(yīng)值。觀察蜂會(huì)根據(jù)這些信息進(jìn)行一種隨機(jī)的選擇。 觀察蜂時(shí)期 觀察蜂時(shí)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(huì)計(jì)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(gè)食物源之后，會(huì) 對(duì)這個(gè)食物源進(jìn)行量化評(píng)估，即評(píng)估適應(yīng)值 ?？梢岳孟率竭M(jìn)行初始化： (21) 9 其中 和 是參數(shù) 取值的上下限 。 初始化時(shí)期 初始化時(shí)期 : 利用偵察蜂初始化所有代表食物源的向量 ( )， M為雇傭蜂的數(shù)量，設(shè)定控制參數(shù)。雇用蜂和目標(biāo)之間總是一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。當(dāng) 目標(biāo)沒有利用價(jià)值的時(shí)候，對(duì)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。 Seely于 1995 年提出了蜂群的自組織模擬模型。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(dòng)態(tài)特性的作用。為了解決這個(gè)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(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。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。 積分控制 I 7 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(shì)必 會(huì)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(jī) PID 控制器相關(guān)基礎(chǔ)理論 直流電機(jī) PID 控制器相關(guān)參數(shù) PID 調(diào)節(jié)器包括三個(gè)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。 6 本論文的主要內(nèi)容 本論文對(duì)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(jì)于仿真，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，高效，便利的直流電機(jī)控制。 由于僅僅依靠生產(chǎn)工藝的更新和制造材料的升級(jí)，直流電機(jī)控制器的各個(gè)性能指標(biāo)總會(huì)提高至一個(gè)臨界值，當(dāng)達(dá)到了這個(gè)臨界值的時(shí)候，我們無法再進(jìn)行優(yōu)化，或者說，再進(jìn)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(dòng)控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩類。 同時(shí)，控制理論經(jīng)歷了三個(gè)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(gè)校正時(shí)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(shì)。但要注意單獨(dú)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(huì)終止。 5 P 調(diào)節(jié)就是調(diào)節(jié)器不斷地定常比例輸出進(jìn)入調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，傳感器將被測(cè)量的溫度、壓力等信號(hào)進(jìn)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(jìn) 行比較，然后把比較出的差值進(jìn)行 PID 運(yùn)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(hào)的變化率，當(dāng)噪聲干擾輸入系統(tǒng)時(shí)，微分作用反而會(huì)將其放大。 D作用主要針對(duì)輸入信號(hào)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(dòng)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(jī)械化的調(diào)節(jié)，沒有達(dá)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(jìn)，工業(yè)生產(chǎn)要求越來越高，使得直流電機(jī)的制造要求和控制要求及其性能指標(biāo)必須提高?？斓?1970 年的時(shí)候出現(xiàn)了硅整流電源為其供電。 19401950 年 MG發(fā)電機(jī)組為直流電機(jī)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(jī)不斷的融入這些元素 ,也早就了更多種類的直流電機(jī)。 3 課題的研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)外直流電機(jī) PID 控制器技術(shù)的發(fā)展 140 年前人們研究并制造了直流電機(jī)。 研究意義 針對(duì)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(shí)現(xiàn) PID 控制器參數(shù)的自整定與優(yōu)化。將人工蜂群算法應(yīng)用于直流電機(jī) PID 控制器當(dāng)中，可能會(huì)有效的規(guī)避現(xiàn)行直流電機(jī) PID 控制器的許多弊端。我們可以借助人工蜂群算法優(yōu)化 PID 控制器。假如我們同樣能模仿前人利用其他生物的某些特征，制造一種不需要得到被控目標(biāo)的精確函數(shù)模型就能完成控制的控制器，或者說用一種算法優(yōu)化控制器使得我們?cè)诳刂七^程中不需要得到被控目標(biāo)的精確函數(shù)模型就能完成控制。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(shí)惠，也能給人類了物質(zhì)生活帶來享受。s advantage, do not know the precise function model of controlled object can plete control. It pletes the control mode, control process is just continuing to do parison problem to plete the entire controller. So, artificial bee colony algorithm design of DC motor PID controller based on the work started. Keywords: DC motor, PID controller, artificial bee colony algorithm V 目 錄 摘 要 .............................................................................................................................. II ABSTRACT ................................................................................................................... III 目 錄 .............................................................................................................................V 第一章 緒論 .................................................................................................................... 1 引言 ................................................................................................................... 1 研究的背景和意義 .............................................................................................. 1 研究背景 ................................................................................................. 2 研究意義 ................................................................................................. 1 課題的研究現(xiàn)狀 ................................................................................................. 2 國(guó)內(nèi)外 直流電機(jī) PID 控制器技術(shù)的發(fā)展 .................................................... 2 現(xiàn)行 PID 控制存在的問題 ......................................................................... 2 本論文的主要內(nèi)容 .............................................................................................. 4 第二章 基于人工蜂群算法的直流電機(jī) PID 控制器相關(guān)基礎(chǔ)理論 ....................................... 5 直流電機(jī) PID 控制器相關(guān)參數(shù) ............................................................................ 5 比例控制 P .............................................................................................. 5 積分控制 I .............................................................................................. 5 微分控制 D .............................................................................................. 6 人工蜂群算法的基本原理 ................................................................................... 7 初始化時(shí)期 .............................................................................................. 8 雇傭蜂時(shí)期 .............................................................................................. 8 觀察蜂時(shí)期 ..............................................................................