直流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化與仿真張椿玲，等張樁玲，黃景廉(西北民族大學電氣工程學院甘肅 蘭州, 730030)嘀要:提出了一種采用計算機仿真進行直流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化與仿真的方法:首先，根據(jù)直流調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)的性能特點，建立了系統(tǒng)仿真模型,然后分析了該系統(tǒng)的缺點所在并進行優(yōu)化，從而構(gòu)成.種復合控制系統(tǒng), 以實現(xiàn)對驅(qū)動電流的控制作用，最后對優(yōu)化前后的輸出數(shù)據(jù)進行分析對比，結(jié)果表明,采用優(yōu)化后的控制系統(tǒng)可使輸出數(shù)據(jù)更加精確可靠。.關(guān)鍵詞:直流調(diào)速;優(yōu)化;計算機仿真; P ID控制系統(tǒng);Abstract: This paper introduce an method of optimization and simulation for DC speed control system using computer: firstly, wedevelop a simulation model for the system according to the features of DC speed control system. Then, we analysis the defect of thissystem and optimize it, so that it can be constituted a compound system To realize the drive curent control. Finally, we analysis andcomprise the output data before and after optimization. The result of analysis proves that the output date will be more accurate and reliableafter optimization.Key words: DC speed control ; Optimization ; Computer Simulation ; PID control system中圖分類號: TP273*. 2文獻標識碼: B文章編號: 1001-9227 (2012) 01-0126-020前言入誤差信號成比例關(guān)系，當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在目前，直流控制系統(tǒng)的設計方法，在實際生產(chǎn)生活中穩(wěn)態(tài)誤差;在積分(I )控制中，控制器的輸出與輸入誤差有著廣泛的應用。目前，國內(nèi)利用在計算機仿真對控制系信號的積分成止比關(guān)系，對一個白動控制系統(tǒng),為了消除統(tǒng)進行設計與仿真方面取得了一定的進展。但當系統(tǒng)模型穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”,比例+積分.失真或時變時，所得參數(shù)可能就不是實際系統(tǒng)所需的真正(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差;在微優(yōu)化參數(shù)。本文在對直流系統(tǒng)進行閉環(huán)設計的基礎上,提分(D )控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即出了一種新的優(yōu)化方式，使該系統(tǒng)也適用于時變系統(tǒng)，從誤差的變化率)成正比關(guān)系，自動控制系統(tǒng)在克服誤差的而得到優(yōu)化參數(shù)，叮使實際系統(tǒng)動態(tài)性能大為提高。調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)，通過增加“微分項”，能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控控制系統(tǒng)設計制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為假設被調(diào)速系統(tǒng)作減速運動,減速度為常數(shù),扭矩恒負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性定,則可建立調(diào)速系統(tǒng)驅(qū)動電流依賴于可觀測量瞬時轉(zhuǎn)動或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在和瞬時扭矩的數(shù)學模型為調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性'5)。1=1.5S%(1)-→1(1)式中, J為調(diào)速系統(tǒng)的機械慣量; I為調(diào)速系統(tǒng)的驅(qū)動電流; n為調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。圖1電流控制系統(tǒng)原理將公式(1 )進行拉普拉斯變換,得到傳輸函數(shù)H(s)=上S(2)經(jīng)調(diào)整后最終確定的理想?yún)?shù)如衣1所示。1+s表1 PID電流控制系統(tǒng)橫型參數(shù)尋優(yōu)結(jié)果本設計所用到的方法是在傳輸函數(shù)(2 )式的基礎上初始條件仿真結(jié)果加入P ID控制器，同時引入反饋,以達到控制驅(qū)動電流的比例系數(shù)T積分系數(shù)T抑制系數(shù)f比例系數(shù)積分系數(shù)超調(diào)職下降時間目的。在該系統(tǒng)中，自動調(diào)節(jié)器和被控對象組成一個相互作用的閉合回路，系統(tǒng)原理如圖1所示。控制器的動態(tài)特2 調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化乃其s imul ink仿真性:一般由三種典型調(diào)節(jié)作用組成，它們是比例、積分和微在圖1中國煤化工制器的參數(shù)調(diào)節(jié)是分作用，即P、I、D作用。其中,比例(P )控制的輸出與輸控制系統(tǒng)設MHCNMHG控過程的特性確定收稿日期:2011-10-18P I D控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小，具作者簡介:張椿玲(1979-),女,講師,碩士,主要從事通信工程方面的研究。(下轉(zhuǎn)第129頁)萬數(shù)據(jù)《自動化與儀器儀表》2012年第1期(總第159期)入時間主要由拆碼垛升降電機運轉(zhuǎn)速度控制，具有結(jié)構(gòu)簡[4]許曉暉,楊桂云.新型橋式碼垛機的研制[J].起重運輸機械.單合理，自動化水平高，操作運行平穩(wěn)月容易控制出入庫2006, (08).速度等特點。應用于互感器自動化檢定線時，各項指標達[5] 章強樓!東,盛志芳,譚杰眷煙廠碼垛機RFID應用挖制系到了技術(shù)要求，極大的提高了生產(chǎn)效率,深受用戶好評。統(tǒng)[J].制造業(yè)自動化, 2006, (10).[6] 左青王貴生.全自動碼垛機的應用[J].中國油脂, 2010, (02). .參考文獻[7]姚金柯.砌塊碼垛機的驅(qū)動及控制技術(shù)[J].建筑機械, 2005,[1]岳滿林.包裝碼垛自動生產(chǎn)線及控制系統(tǒng)研究[D].哈爾濱理工(10).大學, 2007.[8]張秀云，閻洪水.全自動包裝機及碼垛機在純堿行業(yè)的應用[2]盧志珍.基fPLC的全自動包裝碼垛生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設計[D].[J].純堿l業(yè)，2003, (04).江南大學, 2008.[9] 碼垛機[J].包裝與食品機械2000, (02).[3]黃愛梅.基fFPLC的聚厶烯包裝碼垛機控制系統(tǒng)設計[J].包裝[10]王超碼垛機升降分層變頻器故障處理及維護[J].石化技術(shù),工程2005, (01).2008, (02)(上接第126頁)體參數(shù)的調(diào)節(jié)步驟如下: (1) 首先預選擇一一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作; (2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期; (3) 在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。在實際調(diào)試中，可先大致設定一個經(jīng)驗值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改。但該系統(tǒng)存在如下不足之處，即試驗所測量的數(shù)據(jù)的精確性難以得到保證，且存在測量誤差，隨機b直流調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)化后的仿真結(jié)果誤差和連續(xù)數(shù)據(jù)離散化等問題。因此,我們在上述閉環(huán)直圖3 直流調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果流調(diào)速系統(tǒng)的基礎上,引入對負載擾動進行補償?shù)那梆伩乩碚撋现v，若物體運動速度逐漸減小，等效轉(zhuǎn)動慣量制，從而構(gòu)成一種復合控制系統(tǒng),以實現(xiàn)對驅(qū)動電流的控是一個恒定值，則導致扭矩逐漸的增加,才能保證電動機制作用。PID電流控制系統(tǒng)的s imulink優(yōu)化仿真模型如圖補償?shù)膽T量是逐漸的趨向與一個恒定的值。由圖3可以看2所示。出，其中圖b中的輸出電流,與圖a不同的地方就是0到2之間加了一個前向反饋，因而得出仿真圖形比上一間中的0y2-廚日圖形要平緩一些。也就是說,優(yōu)化乃案能夠更好地對輸出電流進行控制。4總結(jié)通過以上設計的仿真及分析，我們可以得出以下幾點結(jié)論:(1 )利用s imulink對直流調(diào)速系統(tǒng)進行仿真,是一種圖2 PID電流控制系統(tǒng)的simul ink優(yōu)化仿真結(jié)構(gòu)圖比較好的方式，降低了直流調(diào)速系統(tǒng)的制作成本，且能夠經(jīng)參數(shù)調(diào)整，可得表2中的參數(shù)。得到相對有效的結(jié)果。表2 PID電流控制系統(tǒng)優(yōu)化模型參敷尋優(yōu)結(jié)果(2 )本設計中直流調(diào)速系統(tǒng)在電流控制上存在一-定的初始條件仿真結(jié)果缺陷，但通過引入對負載擾動進行補償?shù)那梆伩刂瓶梢赃_比例系數(shù)I積分系數(shù)抑制系敷f比例系數(shù)積分系數(shù)超調(diào)歌下降時間到較為理想的效果。3優(yōu)化直流調(diào)速系統(tǒng)的評價[1]張紅兵，賈來喜,李潞spss寶典[M].北京:電子工業(yè)大學出版將表1和表2中的數(shù)據(jù)進行擬合，作為信號輸入源，分社, 2007年2月別輸入優(yōu)化前和優(yōu)化后的系統(tǒng),得到圖3所示的結(jié)果。2]高志宏.真流調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)的仿真設計與參數(shù)優(yōu)化[J].浙江:機電工程,第25卷8期,99頁,2008年8月.[3] 鄭力新,周凱汀,玄光男.遺傳算法在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在線優(yōu)化中的應用[].機電- -體化. 2001. 7(2):22 -24.[4]蔣珉.招中國煤化工國防科技大學出版社,2001.HCNMH G[5]沈承,黃光宏，曹世宏，李源PID控制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)節(jié)技巧[J].山西:機械1:程與自動化,第4期, 2008年8月a直流調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)化前的仿真結(jié)果129