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直流调速系统新型算法的研究

作　者: 贾艳华
导　师: 杨庆新；安连祥
学　校: 河北工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 冷轧 滑模变结构控制 静态误差 单神经元 自适应控制 PID控制 直流传动 张力控制
分类号: TM921.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2000年
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内容摘要


当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活，方法简单，易于大范围内平滑调速，控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。 在工业领域中，直流调速系统虽然采用传统的PID控制已经取得基本满意的效果，但从另一方面也应看到，实际的传动系统并不如模型那样一成不变，电机本身的参数和拖动负载的参数（如转动惯量）在某些应用场合会随工况而变化，此时的传统算法便常常顾此失彼，不能使系统在各种情况下都保持设计时的性能指标。因此，本文在传统双闭环PID控制的基础上，保留内环，改变外环控制器的设计方法，主要采用了滑模变结构的控制方案。为了解决在负载扰动下存在静态误差的问题，在此方案的基础上，设计了负载外扰观测器，通过前馈思想来补偿扰动产生的静差问题。首先，根据系统动态物理规律，建立系统动态数学模型；然后在此模型基础上应用滑模变结构控制，设计外环滑模控制器；内环主要采用工程近似的方法，分析频率特性，采用PI控制，将内环设计成典型的一型系统。本文对该方案进行了仿真，并与智能PID控制（转速环）和单神经元自适应PID控制（转速环）的直流调速系统进分析比较，结果表明，采用滑模变结构控制对系统参数的摄动、外界参数的变化、系统不确定模态和模型不确定具有完全鲁棒性的优点，且算法简单，快速性好，动态恢复特性快，与另外两种算法和传统PID控制方案比具有比较明显的优势。文章又指出，智能控制（包括滑模变结构控制、模糊逻辑控制）可以充分利用其非线性、变结构、自寻优等各种功能来克服电气传动系统中这些变参数与非线性等因素对系统的影响，从而大大提高了系统的鲁棒性。 本文主要对冷轧钢工艺、整套调速系统、滑模控制算法的理论基础知识做了探讨。为了保证工艺的完整性，本文还对单轧卷取机张力控制进行了研究，提出通过控制直流电机的工作电流来达到控制卷绕张力的目的，即在给定了张力参数T值以后，电机输出的电流值也就定了。经仿真证明，这种张力控制是比较合理的控制方案。

全文目录


中文摘要  2-4
英文摘要  4-8
第一章 绪论  8-14
  1．1 当前国内外控制方法发展概述  8-9
  1．2 电气传动中直流传动的发展趋势  9-11
  1．3 智能控制在电气传动系统中的应用  11-13
    1．3．1 神经网络控制的电气传动系统  11-12
    1．3．2 变结构控制的电气传动系统  12-13
  1．4 研究的意义及主要工作  13-14
第二章 直流调速系统控制方案的提出  14-27
  2．1 单机架冷轧钢简介  14-15
  2．2 转速控制的要求和调速指标  15-17
  2．3 他励直流电动机调速的研究  17-21
    2．3．1 确定电动机动态数学模型  18-20
    2．3．2 调速系统的控制方案  20-21
  2．4 调节器动态数学模型与调节器的设计  21-27
    2．4．1 按工程方法设计电流调节器  22-24
    2．4．2 按工程方法设计转速调节器  24-27
第三章 滑模变结构控制的理论基础  27-46
  3．1 滑模控制综述  27-29
    3．1．1 滑模控制产生的背景及研究现状  27-28
    3．1．2 滑模控制的成果及发展  28-29
  3．2 滑模控制的基本问题  29-32
    3．2．1 滑动模态的存在性、可达性及稳定性  30-31
    3．2．2 滑模变结构的基本控制策略  31-32
  3．3 设计问题的提法与设计步骤  32
  3．4 离散系统的滑模变结构控制  32-33
  3．5 抖振的问题研究  33-34
  3．6 滑模控制在直流调速中的应用  34-41
    3．6．1 负载电流观测器的思想  35-37
    3．6．2 滑模变结构控制方案  37-41
  3．7 仿真研究与实验结果  41-42
  3．8 负载惯量扰动分析  42-46
第四章 基于其它算法浅析  46-58
  4．1 智能PID控制  46-47
  4．2 PID调节器参数的智能化动态选择  47-50
  4．3 单神经元自适应PID控制器  50-55
  4．4 小结  55-58
第五章 卷取机张力自动控制系统  58-64
  5．1 概述  58
  5．2 卷取张力控制原理  58-64
第六章 系统硬件组成及实验  64-69
  6．1 Mentor Ⅱ的配置及功能  65-68
  6．2 实验部分  68-69
结论  69-71
参考文献  71-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电力拖动（电气传动） > 直流传动系统
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