1、 PDF外文：http:/ 2009 International Conference on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics 中文 2670 字 基于 Simulink 的双闭环直流电 机 调速系统 的参数优化 与仿真 摘要 在控制系统中当动态性能的要求很高，并且单回路控制系统不能满足的要求时，我们实施了多环控制和在线对内环和外环进行参数优化。本文 以 双回路直流电动机调速控制系统为例，采用仿真优化方法设计两个 PI 调节器的参数， 使系统的动态和稳态 指标达到设计要求 。 &
2、nbsp;关键字： 参数优 化 直流电动机 双闭环系统 仿真 正文： I 简介 在 经典控制理论 中， 通常 对控制电路中的每个物理量设立一个 调节器，当 有多 个 物理参数 要被控制时，就需要设置多个 调节器 来 控制 这些参数 ，这样的系统被称为多回路控制系统。 双闭环直流电动机调速系统是一个典型的多环控制系统。根据文献 1我们很清楚的了解到速负反馈控制的单闭环直流调速系统用 PI调节器可以保证系统的稳定性。然而当 控制系统对动态性能要求很高，例如快速制动、突加负载时转速降落小
3、等要求，单闭环调速系统将难以满足需求。 经 典控制理论解决这个问题的唯一的方法 是 实现电流负反馈控制 ， 在电流控制 环 中 设置一个 调节器 ，特别是 用于调节电流量 的调节器。控制系统中就建立了转速、电流两个调节器。这样的系统被称为直流电动机 的 电流和转速控制系统 （这样的系统也被称为双闭环直流电动机调速系统）。 II 系统模型 为了充分发挥转速和电流负反馈在系统中的 控制作用，以及它们不会相互抑制影响系统的性能，我们在系统中设置了两个调节器调节速度和电流，实现它们之间的联接。 也就是说，我们把速度调节器的输出作为电流调节器 的 输入 ， 电流调节
4、 器的输出控制 整流电路 的触发装置 。 从整个闭环反馈控制回路的结构来看，电流调节环在转速调节环之内，称之为内环；转速调节环在外，称之为外环。这就形成了一个双闭环直流调速系统。 为了获得良好的静、动态性能，双闭环直流调速系统的两个调节器一般设计为 PI 调节器。考虑到滤波因素，双闭环直流调速系统的动态结构图如图 1 所示。 图 1 双闭环直流调速系统的动态结构图 为了保证电动机启动时电枢电流不超过允许值， 速度调节器必须要限制 其输出的电压幅值。这样， 当 转速调节 器 达到 饱和状态， 输出电压 达到限幅值 ，对应于最大允许起动电流， 此时 电 流 调节
5、器是 不饱和的， DC 实现 在 最大电流允许值下 恒流加速 启动 。 为了确保在电动机调试过程中的安全，在电流调节器的后面还增加了限幅装置。 on 0.01T ， oi 0.02T ， 0.0017sT ， 0 . 0 3lT ， 1 / 5.456mT ，0.5R ， 40pK ， 1 / 7.576eC ， 0.007 ， 0.05 。 （ 1） 稳态指标：无静差。 （ 2） 动态指标：电流超调 量不超过 3%；转速超调量不超过 5%。 多环控制系统的工程设计一般原理是从内环开始，一环一环的向外设计。 对于 双闭环直流电机调速系
6、统，我们应该 首先 从内环 回 路（ 电流回路 ） 入手 ，按照电流环 的控制要求，确定 电流环选用 什么样的 典型系统 。应该根据调节器的结构和参数对电流环进行校正。然后，把电流环等效为一个 小惯性系统，并作为转速环的一部分。 用同样的方法 完成 的外环的设计（速度环） 。 在 本设计中要求控制系统要稳定， 电流超调量不超过 3%， 速度超调量不超过 5%。 然后， 电流相当于一个循环的转动惯量，作为转速 环组成中不可分割的 一部分 ，然后 用 相同的方式 完成外环 （速度环）的设计 。根据上述设计原理， 要求设计师们在 经典 控制 的“ text”和“ up”的设计
7、 中有一定的设计经验。这里采用的是 对转速、电流两个 PI 调节器的 工程设计以及 仿真 和 参数 优化 。 III 仿真和运行 根据图 1 得到的仿真模型如图 2 所示 。 其中， 带限幅作用的 PI 调节器中的积分调节器 与比例调节 器并联； 带限幅作用的 PI 调节器在实际仿真中应用很广泛。 图 2 转速 闭环控制 的 直流电机 调速 系统的 Simulink 仿真 模型 如果 对 两个 PI 调节器的参数同时 进行 优化， 不能依赖 控制系统的参数在仅使用优化软件 对 一个可变输出的 目标函数 进行参数优 ，调整参数的可变输出
8、的控制结果 是使该系统更复杂而且 很容易 使一些 模块的 输出 无限大，但可以使 另个模块 得到优化； 假设把转速环 输出 的 设定 为 目标函数优化的 对象， 优化 的 结果可能是能够更好地加速回路输出，但电流环路输出 的 可能 就不能 满足设计要求 ； 反之亦然 5。 如图 2 所示，在 Simulink 仿真 模型 中 对 两个 PI 调节器同一时间的参数 进行优化 。初始值为： P1 = 1, I1 = 4, P2=1, I2=4； IAE 的目标函数为： 0 ()ftQ e t dt （ 1） 通过目标函数优化参数的结果为： P1*=110.4486, I1*=1.4125, P2*=8.7689, I2*=72.511。 相应 的 速度曲线和电流曲线 如 图 3 所示的 。 显然 电流 曲线是不符合实际情况和 实际需要的 。 因此，根据传统的多回路控 制器的设计方法，我们 通常会 第一个优化内环PI 调节器的参数，然后优化外 环 PI 调节器的参数。
