数字控制双闭环_h_桥可逆直流脉宽调速系统设计与分析

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1、本/专科毕业设计（论文）题　　目：数字控制双闭环H桥可逆直　　　　　　　流脉宽调速系统设计与分析专　　业：　　电气工程及其自动化年　　级：　　　　2010　　　　学生姓名：　　　　　学　　号：　　　　　指导教师：　　　　　　　　　2012年月数字控制双闭环H桥可逆直流脉宽调速系统设计与分析摘要：针对性的介绍双闭环H桥可逆直流脉宽调速系统和PID控制器参数整定，在此基础上提出基于粒子群算法（PSO）应用于系统的优化方法，先简介了PSO方法的原理，并且总结了PID控制器参数优化的过程，通过粒子群算法（PSO）对双闭环调速系统进行了PID参数的优化，最后采用系统阶

2、跃响应对工程设计法结果和经PSO的优化结果进行了对比分析，进而表明PSO算法有比工程设计法能获得更好的性能指标，为PID参数优化提供了又一可行方便的方法。关键词：直流电机双闭环控制系统PSOPID控制器Matlab/Simulink。目录1绪论11.1研究背景和课题意义11.2直流调速11.3本文的研究内容22直流调速系统32.1直流调速系统的调速原理及性能指标32.1.1直流调速系统的调速原理32.1.2直流调速系统的性能指标32.1.3动态性能指标43PWM脉宽调制73.1PWM基本介绍73.2脉宽调制变换器73.3桥式可逆PWM变换器84直流电动机的数

3、学模型114.1额定励磁下的直流电动机的动态数学模型115电流、转速双闭环直流调速系统分析135.1开环调速系统135.2转速单闭环调速系统135.2.1调速原理135.3限流保护155.4电流转速双闭环直流调速系统165.4.1调速原理双闭环系统理论基础165.4.2稳态结构图和静特性185.4.3各变量的稳态工作点和稳态参数计算195.5双闭环系统起动过程与抗扰性能分析205.5.1起动过程分析205.5.2抗扰性能分析225.6转速和电流两个调节器的作用235.7调节器的工程设计理论245.7.1PI调节器245.7.2调节器的设计方法思路245.7.

4、3Ⅰ型系统与Ⅱ型系统的性能比较255.8转速-电流调节器结构的确定256转速、电流调节器的具体设计276.1实例设计276.2电流调节器设计296.2.1电流环结构图的简化296.2.2电流调节器的参数计算306.3转速调节器设计316.3.1电流环等效闭环传递函数316.3.2转速调节器结构的选择326.3.3转速调节器的参数计算336.3.4转速调节器退饱和时转速超调量的计算336.3.5工程设计法设计转速调节器346.4模拟PI调节器的数字化357粒子群算法的介绍377.1粒子群算法思想的起源377.2粒子群算法（PSO）的基本原理377.3PSO算法

5、流程387.4算法特点398MATLAB软件介绍408.1MATLAB简介408.2Simulink简介409仿真与分析419.1双闭环设计仿真419.1.1电流环的仿真419.1.2转速环的系统仿真449.2Matlab仿真PSO优化双闭环控制系统模型性能分析459.2.1PID控制器模型469.2.2PSO整定PID参数的目标函数选取469.3论文结论48参考文献49致谢50附录511绪论1.1研究背景和课题意义在现代工业控制领域，PID控制器仍旧是一种应用很广泛的控制器，其优点结构简单、鲁棒性好、可靠性高等。PID控制器的控制性能与它的控制参数的优化整

6、定息息相关由于传统PID参数整定是在得出控制对象的数学模型的基础之上，然后根据工程设计法的典型系统准则来确定的，或者是用试凑的方法来确定PID的参数，可是这些方法都不能让闭环系统实现任意给定的响应，并且设定的PID参数与闭环系统的性能指标又没有内在的直接联系。但是在实际的工业控制中，控制过程十分复杂，很多的控制对象为高阶的、时滞的、非线性的，并且实际系统中又有各种各样的负载干扰因素存在，因此对于PID控制器的参数用常规的优化整定是比较困难的。所以对于PID参数的选择我们不仅仅依靠控制对象的数学模型还要考虑实时控制。优化问题是工业设计中经常遇到的问题，许多问题

7、最后都可以归结为优化问题。优化问题有两个主要方面。一是要求去寻找全局最小点，二是要求其有较高的收敛速度。粒子群而且仅少量参数需要整定的优点，并且此算法应用性较广，目前已被广泛的应用于目标函数优化、工算法（PSO）是良好的优化算法的一种，它是源于对鸟群觅食行为的研究而模拟出来的算法，它具有诸如收敛速度较快、容易实现业自动控制等领域中。因此将PSO算法应用于PID控制中，对其参数进行实时调整和整定，从而达到预期的调整速度快、抗干扰能力强、超调量小等性能指标。1.2直流调速直流调速[1]指的是人为地或者自动地改变直流电动机的转速从而来满足控制机械的要求。从机械特性

8、角度上讲,就是通过改变电动机的一系列参数或改变外加电