1、PDF外文：http:/ 中文 2830 字 免疫 PI 控制器在双闭环直流调速系统的应用研究 Wang Sue 摘要 根据 生物免疫系统的 调节规律 ， 比较控制系统和免疫系统，本文提出 了 并行免疫 PI 控制器 。 基于 双闭环直流调速系统的 传统控制策略 和 控制要求，本文提出了应用免疫 PI 控制的控制模式，速度环采用 PI 调节器控制电流回路。 仿真结果表明， 该 研究方法与传统 PI 控制的直流调速系统 相对比， 具有超调量小 和 稳态精度高 的优点 ，并 且能够 全面 的 提高动态性能 的 稳定 ，因此 它具有一定的应用前景。 &
2、nbsp;关键字： 直流调速系统 转速 环电流 环 免疫 PI 控制 正文： I.简介 直流电动机具有良好的起动和制动 性能，它 适合在很宽的 调速范围内 平滑调速 。 它已 经 被广泛应用于 控制 性能 较高的大 功率 电力拖动领 域，如轧 钢 机，矿山卷扬机，挖掘机，造纸机 等。 在直流调速系统 里，常规控制模式是在 速度环和电流环 中应用 PI 调节 器 ， 虽然 PID 控制 在 电力拖动 领域一直 是 相当成熟的控制方案， 但其不 能够适应参数变化和非线性 的 控制对象， 所以 很难获得满意的控制效果。 在 对 生物系统深入分析 后 ， 发现了 生
3、物系统的很多 特征 ，应用生物系统有用的特征 到 工程 当中就 是 当前的一个 研究课题， 在这个研究课题 中 处理控制问题 出现的 免疫控制器应用 了生物 免疫系统 的 反馈 机制 。 本文提出了 一种 在双闭环直流调速系统 中 应用免疫 PI 调节器 控制 转速 环和电流环的控制模式，并利用 MATLAB仿真。研究结果表明 这种控制 方式 比 传统控制方式 更 好 。 II. 免疫 PI 控制器 生物免疫系统是一个 具有较好 的鲁棒性和自适应性 的 系统 。如果没有免疫系统的保护 生物不可避免地 会被 感染，然后 就会 死亡 。 免疫反应是免疫系统 的
4、 抗原识别、激活、 分化和反应的一个过程。有体液免疫和细胞免疫 两种方式。 以体液免疫反应为例，抗原 被 抗原呈递细胞（ APC）消化 的过程中首先 激活 Th（辅助 T细胞）细胞并释放淋巴因子，然后激活 B 细胞产生抗体， 抗原呈递细胞 APC 可以激活 TS（抑制 T 细胞 ）细胞，激活的 TS 细胞可以抑制 Th 细胞和 B 细胞使免疫系统 达到 稳定。 体液免疫的反应过程如 图 1 所示。 在免疫反应 的不同阶段 ， T 细胞的调节功能是不同的 。 在免疫反应的 初期 阶段中，抗原的 浓度很 高，而抗体的浓度很 低， TH 起主导作用的， 免疫 反应过程 被促进； 而在免疫反应 的后期
5、阶段中，抗原的 浓度很 低，抗体的 浓度很高， TS 起主导作用的， 免疫反应被抑制 以保证免疫系统的稳定性。如果 抗原和抗体的 浓度都很 低 ，则 免疫力 达到 稳态 状态，免疫反应停止 。 在免疫反应 的 调节 过程中 ， T 细胞 的功能是 促进和抑制免疫系统的 快速反应 并 保证足够的稳定性。 虽然这种免疫反应机制 需要作进一步的研究，但它 可以用来有效地提高控制系统的性能。 图 1 体液免疫 反应 的 过程示意图 A 免疫控制器 3 4 在 上述免疫反应的 T 细胞功能的基础上， 从 K 的分裂 得到 了 B 细胞 的浓度表达式： (
6、) ( ) ( )HSB k T k T k （ 1） 如果： 1( ) ( )HT k K k (2) 2( ) ( ) ( )ST k K f B k d k （ 3） ()k 是子 代抗原的 浓度 ： K1是 TH细胞的 促进因子 ； K2是 TS细胞的 抑制因子 ： B(k)是 B细胞的 浓度 变化 ， ： B(k d) B(k d) B(kd1) ， d是 免疫反应 拖 延时间： f是 B细胞 非线性功能 变化 的 相关 浓度 ， (k-d)是 B细胞 免疫作用间相互作用的抗体和抗原 的 分泌代。从我们得到的关系表达式 (1) (3)，
7、 可以得到 B细胞 中 抗原 浓度为： 12( ) ( ) ( ) ( ) 1 ( )B k K k K f B k d k K n f B k d （） 其中 K=K1； =K1/K2， 这样也就可以求出 TS 比例 系数和 TH 比例 系数 。 把 免疫系统和控制系统 作类比 ， 我们会发现 在动态调整过程 中 控制系统必须在保证系统稳定的前提下 有更好的动态性能 ， 这就是说 它 要 具有非常小的超调而且 快速 反应 消除偏差， 这样的控制要求与 免疫系统 的控制目标 是相同的 。 表一 免疫系统 与 控制系统 的 比较 &n
8、bsp;免疫系统 控制系统 繁衍代 k（ 抗原、抗体等 ） 离散系统 的 采样 时间 k k 代抗原 浓度 ()k k 采样 时刻 设置 值与 实际输出 的偏差 e(k) k 代 B 细胞 浓度 k 采样时刻 控制器输出 (k) 基于表 （ 1） 和 (4)， 我们得到 免疫控制器 的表达 为： ( ) 1 ( ) ( )u k K n f u k d e k （ 5） 其中， 表示 免疫 反应不同阶段的免疫调节 作用。假设 0e 是阈值 较大的 偏差、1e 是 阀值较小的 偏差。 如果 |e(
9、k) |e ， 这意味着他们的反应是在初始阶段，偏差很大，控制 作用 很小， 如果 =-1， 调节器的 增益是 ： 1 ( ) 1 ( )K n f u k d K n f u k d 如果 e1e(k)|e0， 这意味着在中后期阶段 系统的响应 偏差小， 调节器的作用是 相当大的 ，为了避免 超调量很大 ， 可以 使 =1 以及 f u(k d) 1， 此时调节器的 增益 为： 1 ( ) ( 1 )K n f u k d K n 如果 |e(k) |e1， 这 意味着在 后期 阶段系统的响应 偏差小， 调节器的输出也很小 。 如果 =0， 控制器增益是 ：
