基于量子粒子群算法的PID参数自整定方法

PID控制在工业生产中应用非常广泛.以直流电机模型为被控对象,提出了基于量子粒子群算法的PID参数自动整定方法.应用经典的Ziegler-Nichols方法整定PID参数,被控对象性超调大往往难以满足要求.粒子群算法是通过模拟鸟群觅食过程中的迁徙和群聚行为而提出的一种基于群体智能的全局随机搜索算法.将量子粒子群算法用于优化PID参数,并与Z-N法整定的PID控制器性能进行对比.仿真结果发现,与Z-N法相比,基于粒子群算法优化的PID控制器,系统超调明显减小.除QPSO-PID(ITSE)对应的系统具有较长调节时间外,虽然应用不同优化目标优化后的PID参数不同,控制对象的响应性能却非常相似.     

Real time implementation of fractional order PID controllers for a magnetic levitation plant

Fractional calculus has been a topic of great interest for the last few decades. The applications of fractional calculus can be found in the area of viscoelastic and chaotic systems, whose dynamics is expressed in the form of fractional differential equations. The ongoing research work is based on the design of 1-Degree of Freedom (1-DOF) and 2-Degrees of Freedom (2-DOF) Fractional Order PID (FOPID) controllers for a Magnetic levitation (Maglev) plant and the performance has been compared with that of 1-DOF and 2-DOF Integer Order PID (IOPID) controllers in both simulation and real time. The Degree of Freedom (DOF) represents the number of feed-forward control loops in a closed loop system. A 2-DOF controller configuration comprises of a serial compensator and a feed-forward compensator in a closed loop structure. An FOPID controller has a structure similar to that of a conventional IOPID controller, except that its derivative and integral orders are fractional numbers. The design of such a controller requires the determination of five parameters: K_p, K_i, K_d, α and β, where α and β are the derivative and integral orders of the FOPID controller. The controller design problem has been framed as an optimization problem, in which the cost function is formulated from the characteristic equation of the closed loop system at dominant poles that are identified from the given performance specifications. The closed loop response shows that the proposed2-DOF FOPID controller exhibits superior response and robustness with respect to its integer order counterpart.     

Development and implementation of an FPGA based fractional order controller for a DC motor

Fractional calculus has been gaining more and more popularity in control engineering in numerous fields, including mechatronic applications. One of the most common applications in all mechatronic domains is the control of DC motors. Several control algorithms have been proposed for such motors, ranging from traditional PID algorithms, to the more sophisticated advanced methods, including fractional order controllers. Nevertheless, very little information regarding the implementation problems of such fractional algorithms exists today. The paper proposes a simple approach for designing a fractional order PI controller for controlling the speed of a DC motor. The resulting controller is implemented on an FPGA target and its performance is compared to other possible benchmarks. The experimental results show the efficiency of the designed fractional order PI controller. Beside the initial DC motor, two other different DC motors are also used in the experiments to demonstrate the robustness of the controller.     

基于RBF神经网络的永磁同步伺服电机控制系统

针对永磁同步电机控制系统,建立其磁场定向控制数学模型。运用增量式数字PID的方法实现对PMSM的传统PID控制策略。在此基础上,借助RBF神经网络的学习能力,进行PID控制器参数的自适应整定,进一步改善PID控制器的性能。同时,为提高RBF网络性能,采用粒子群算法对网络进行优化。仿真表明,与传统PID控制比较,基于RBF的PID控制系统能提高PID控制器的性能,改善了PMSM控制系统的收敛速度和跟踪精度。     

模糊PID双闭环直流电机调速系统仿真

针对直流无刷电机精确调速的问题,文中结合经典PID与现代模糊控制理论的优点,采用模糊PID控制对电机调速控制器进行仿真研究。仿真结果表明,在响应性能及抗干扰方面,模糊PID控制器比经典PID控制有着明显的优势。     

Design and Realization of Stand-Alone Digital Fractional Order PID Controller for Buck Converter Fed DC Motor

The aim of paper is to employ digital fractional order proportional integral derivative (FO-PID) controller for speed control of buck converter fed DC motor. Optimal pole-zero approximation method in discrete form is proposed for realization of digital fractional order controller. The stand-alone controller is implemented on embedded platform using digital signal processor TMS320F28027. The five tuning parameters of controller enhance the performance of control scheme. For tuning of the controller parameters, dynamic particle swarm optimization technique is employed. The proposed control scheme is simulated on MATLAB and verified by experimental results. Performance comparison shows better speed control of separately excited DC motor with the realized digital FO-PID controller than that of the integer order PID controller.     

基于模型预测控制的大口径快摆镜随动系统

为了满足地基大口径望远镜精密稳像系统的需求,对大口径快摆镜(FSM)的控制方法进行了研究。为了解决三促动器FSM的运动解耦为系统辨识带来的困难,通过解析法和系统辨识法相结合建立了FSM的传递函数模型。依据该模型,设计了PID控制器与模型预测控制器(MPC),采用仿真和实验两种方式比较了两种控制器的效果。仿真结果表明,在受到阶跃扰动后,MPC控制器的恢复速度是PID控制器的45倍。在50 Hz正弦信号下,由于FSM的大惯量特点,PID控制器有严重的时滞,而MPC控制器能以1.224×10^-6″的误差稳定跟随。在噪声抑制方面,对实时加入10%幅值噪声的随机信号,MPC控制器的噪声抑制效果是PID控制器的13.3倍。实验结果表明,MPC控制器能以0.430″的误差稳定跟随50 Hz正弦信号,其跟踪精度是PID控制器的3.212倍,采用MPC控制器的快摆镜能满足快摆镜高带宽和高精度的需求。     

直流电机PID控制系统仿真研究

直流电机是将直流电能转换成机械能或将机械能转换成直流电能的旋转电机。PID（比例-积分-微分）控制器,由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成,通过Kp,Ki和Kd 3个参数的设定,主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。PID控制器作为最早实用化的控制器已有70多年的历史,产品已在工程实际中得到了广泛的应用。PID控制器由于简单易懂,在使用中不需精确的系统模型等先决条件,因而成为应用最为广泛的控制器。文章针对常规直流电动机PID控制系统的参数整定存在一定复杂性的问题,分析了PID控制系统的结构和原理,根据参数的选择,建立了数学模型。对直流电动机模型进行仿真分析,并对PID控制的仿真结果进行对比分析,通过仿真结果发现PID控制系统具有良好的静、动态性能和鲁棒性。     

基于模糊自适应PID控制的速度调节器设计与仿真

针对异步电动机非线性的特点,考虑到传统PID控制难以对其进行有效的控制的问题。文中设计了一种模糊自适应PID控制器,并将这种控制器应用到系统的转速调节的环节中。利用Matlab的Simulink工具搭建了模糊自适应PID控制的异步电机的仿真模型。仿真实验结果证明了设计的优越性,模糊自适应PID控制下的系统超调变小,反应速度变快,与原先的PID控制方式相比提高了系统的稳定性、动态响应性能以及鲁棒性能。     

精确线性化电动机转速控制

基于精确线性化方法．设计了两种他励直流电动机转速非线性控制器,并对其性能进行了比较。从他励直流电动机的数学模型出发,运用微分几何理论,讨论给出了他励直流电动机可进行状态反馈线性化的条件。在此基础上,通过选择不同输出函数,设计了状态反馈控制器和输出反馈控制器,并研究了这两种控制器的动态响应特性、抗干扰能力和稳定运行区域。结果表明,对于他励直流电动机数学模型而言,输出反馈线性化控{l;6器相对于状态反馈线性化控制器．具有控制器结构简单、运行稳定、动态性能好、抗干扰能力强等优点。     

Identification, digital control and fuzzy logic techniques applied to a synchronous generator

The experimental results obtained in the design and implementation of an decoupled digital speed and voltage controller for a micro-energy system are reported in this work. The studied system is formed by a 9 Kw DC motor driving a 10 KVA synchronous machine. There are two control loops in the proposed controller: the speed control (speed governor) and the control of the stator's voltage (automatic voltage regulator). Each control loop was designed using linear control techniques and fuzzy control techniques. Tests on the system show the performance of the proposed controllers.     

基于直接转矩控制的两轮自平衡车系统设计

两轮载人自平衡车控制系统是一种典型的类倒立摆动态平衡控制系统,为降低成本,提高系统操控性能,该文利用新型ARM微处理器STM32F373为控制核心,结合惯性传感器MPU6050,进行了平衡车控制方案设计。该文提出了电机的直接转矩控制法,并利用改进后的显性互补滤波算法得到车体倾斜角度的实时最优值,形成了以角度环、角速度环及电流环所构成的三闭环串级比例-积分-微分(PID)控制方式,实现了车辆的自平衡行驶。与传统使用电压开环控制及速度反馈控制的平衡车相比,该文设计的平衡车具有性价比高、响应速度快、控制平稳等优点。     

Fuzzy logic enhanced speed control of an indirect field-orientedinduction machine drive

Field orientation control (FOC) of induction machines has permitted fast transient response by decoupled torque and flux control. However, field orientation detuning caused by parameter variations is a major difficulty for indirect FOC methods. Traditional probability density function (PID) controllers have trouble meeting a wide range of speed tracking performance even when proper field orientation is achieved. PID controller performance is severely degraded when detuning occurs. This paper presents a fuzzy logic design approach that can meet the speed tracking requirements even when detuning occurs. Computer simulations and experimental results obtained via a general-purpose digital signal processor (DSP) system are presented     

基于模糊PID控制的直流伺服系统设计与仿真

传统PID控制系统适应于受控对象能够用精确的数学模型表示,对于具有时变、非线性的直流电机伺服系统时其控制性能不理想,针对这个缺点,提出一种模糊PID控制方案,首先分析模糊控制原理及特点,其次通过制定的模糊规则等运算实现PID参数自整定,最后对某型装备直流伺服系统仿真实验,实验结果验证了模糊PID控制方法较传统PID控制方法超调量小、调节时间短、响应速度快,其动态性能得到明显改善.     

输入输出反馈精确线性化他励直流电动机转速控制

基于精确线性化理论,设计了他励直流电动机非线性转速控制器。从他励直流电动机数学模型出发,对系统的两个平衡点进行了研究。在此基础上,运用输入输出线性化方法,通过选择不同的输出函数,设计了两种非线性转速控制器,并研究了控制器内动态的稳定性。仿真结果表明,直接选择电机转速为输出函数设计的控制器,无法将系统控制到期望平衡点,选择转速和电枢电流线性组合为输出函数设计的非线性控制器,可以使系统稳定到期望的平衡点,实现电动机转速精确控制,且具有很好的控制精度、动态性能和抗干扰能力     

基于PIC16F877的电动自行车控制器的设计

对基于PIC16F877单片机为主控芯片的电动自行车控制器进行了研究,以额定电压为48 V额定功率为350W的直流无刷电机为控制对象,通过对电动自行车的各种信号检测、处理,实现了具有能量回馈、电子柔性刹车、巡航、欠压保护、限速、过流保护、PID调速、防飞车、软启动等功能.给出了主要功能模块的电路图,介绍了重要程序模块.以软件实现为主,最大程度上降低成本,实验证明了该控制器的性能较高.     

基于TMS320F2812直流电机数字调速系统

文中采用TMS320F2812定点数字信号处理器作为直流电机调速系统的控制芯片,提高了系统的控制精度并简化了控制系统的硬件结构。同时采用抗积分饱和PID算法对电机的转速实施双闭环控制,使用C语言与汇编语言进行混合编程,从而使电机调速系统的稳定性和动态性得到提高。     

开放平台下调速系统模糊控制的教学实践

本文介绍了基于开放式计算机控制直流调速系统教学实验平台,指导学生在传统PID调节器中加入模糊控制策略的教学实践.笔者分析了Matlab/SimuIink软件环境下参数在线自整定模糊PID控制器的设计过程,并对比分析了不同控制策略实验结果.开发的实验装置新功能可以有效提升实验教学水平.     

高压断路器三相永磁无刷直流电机机构控制算法研究

针对高压断路器三相永磁无刷直流电机机构,研究了不同控制策略下电机操动机构的运动特性.考虑高压断路器的分、合闸操作过程,建立了永磁无刷直流电机操动机构运动控制系统的仿真模型,采用数字式双闲环控制,内环为电流环,采用PI控制,外环为速度环,基于传统PID控制器、单神经元PID控制两种不同控制策略控制.通过对伺服控制系统的仿真分析得到了电机操动机构速度跟踪控制特性.结果表明,单神经元PID控制器能够较好的实现触头速度的跟踪控制,使其按理想运动特性曲线运动,是一种较理想、有效的控制方法.     

内模PID控制器在无刷直流电机调速系统中的应用

针对无刷直流电机中传统PID控制器参数调节复杂、对环境适应能力较弱等问题,在分析内模控制与经典PID控制的内部对应关系的基础上,综合其优点,设计采用了一种基于内部模型的PID控制器（简称IMC-PID）对无刷直流电机进行调速。在建立对象理论模型的基础上,通过对控制器在线仿真比较表明：针对本设计对象,基于内部模型的PID控制器不论在系统阶跃响应或是扰动跟踪等控制效果上都能到达经典PID控制的要求,同时还降低了参数设计的复杂性和随机性。