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文中依據(jù)全自動(dòng)均衡式數(shù)字式顯示儀表動(dòng)態(tài)性特性規(guī)定,根據(jù)進(jìn)化算法設(shè)計(jì)方案了一種PID控制器。現(xiàn)階段,PID主要參數(shù)提升的方式許多 ,如間接性尋優(yōu)法、梯度方向法、單純形法、權(quán)威專家整定法等,盡管這種方式都具備優(yōu)良的尋優(yōu)特點(diǎn),但卻存有著一些缺點(diǎn)。根據(jù)進(jìn)化算法的PID主要參數(shù)整定值方式,是一種不用一切原始信息內(nèi)容并能夠?qū)ふ胰中宰顑?yōu)解的、高效率的合理配置方式,能在要求的主要參數(shù)范疇內(nèi)找尋適合主要參數(shù)。
1全自動(dòng)均衡式數(shù)字式顯示儀表的原理
全自動(dòng)均衡式數(shù)字式顯示儀表由微控制器、放大儀、溝通交流伺服電機(jī)電機(jī)、光電編碼器、A/D和D/A等構(gòu)成。輸入交流電壓數(shù)據(jù)信號(hào)Vx經(jīng)A/D變換后送進(jìn)微控制器,微控制器將收集到的數(shù)據(jù)信號(hào)和光電編碼器意見反饋的模擬信號(hào)開展解決后較為,得到二者的誤差。依據(jù)系統(tǒng)軟件動(dòng)態(tài)性性能參數(shù)規(guī)定,對(duì)該工作電壓誤差開展相對(duì)的數(shù)據(jù)處理方法,測(cè)算出相對(duì)操縱規(guī)律性。依照該操縱規(guī)律性輸出模擬信號(hào),并且經(jīng)過(guò)D/A變換送至放大儀開展功率放大電路,便于獲得充足的輸出功率驅(qū)動(dòng)器溝通交流伺服電機(jī)電機(jī)。光電編碼器將交流伺服電機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度變換為數(shù)據(jù)工作電壓數(shù)據(jù)信號(hào)意見反饋至微控制器,直至意見反饋數(shù)據(jù)信號(hào)和輸入數(shù)據(jù)信號(hào)非常,全部系統(tǒng)軟件做到均衡,電機(jī)終止旋轉(zhuǎn)。
2全自動(dòng)均衡式數(shù)字式顯示儀表的數(shù)學(xué)分析模型
全自動(dòng)均衡式數(shù)字式顯示儀表中不僅有持續(xù)數(shù)據(jù)信號(hào)如鍵入工作電壓、放大儀的鍵入、輸出數(shù)據(jù)信號(hào),電機(jī)的轉(zhuǎn)速比和角速度等;也是有模擬信號(hào)如A/D的輸出和光電編碼器的輸出。不難看出,全自動(dòng)均衡式數(shù)字式顯示儀表是一種控制系統(tǒng)的隨動(dòng)系統(tǒng)軟件。微控制器的功效是核對(duì)求差、數(shù)據(jù)信號(hào)分析和數(shù)據(jù)校準(zhǔn)。與伺服電機(jī)的運(yùn)作速率和鍵入數(shù)據(jù)信號(hào)的轉(zhuǎn)變速率對(duì)比,微控制器具備迅速的計(jì)算速率,能夠無(wú)須考慮到系統(tǒng)軟件的廷時(shí),選用持續(xù)數(shù)據(jù)信號(hào)的實(shí)體模型就可以充足精確地?cái)⑹鋈詣?dòng)均衡式數(shù)字式顯示儀表。圖1所顯示是全自動(dòng)均衡式數(shù)字式顯示儀表模型。
放大儀的傳遞函數(shù):G1(s)=K1/(τs+1),K1為放大儀的放大倍率,τ為放大儀的穩(wěn)態(tài)值。
溝通交流伺服電機(jī)電機(jī)的傳遞函數(shù):G2(s)G3(s)=θ(s)/I(s)=Kv/[s(τms+1)],Kv為電機(jī)的放大倍率,也稱之為伺服電機(jī)電機(jī)的速率參量;τm為伺服電機(jī)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)值。
光電編碼器的傳遞函數(shù)為H(s)=KF,KF是一個(gè)參量,與光電編碼器的線數(shù)相關(guān)。
本試驗(yàn)室挑選ND-D-J3型溝通交流伺服電機(jī)電機(jī),其性能參數(shù):額定值勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作電壓110V,額定值操縱工作電壓15V,滿載轉(zhuǎn)速比1250r/min,傳動(dòng)比1：39,穩(wěn)態(tài)值0.018s。從而可測(cè)算出Kv=0.2237[rad/(V·s)],試驗(yàn)測(cè)得τm=0.1s。放大儀挑選相敏功率放大電路,后加一低通濾波電源電路,低通濾波器的限制截止頻率為fc2=75Hz,則τ=1/(2πfc2)=0.00212。挑選500線增量式光電編碼器做為意見反饋感應(yīng)器。設(shè)系統(tǒng)軟件的全部開環(huán)增益放大倍率為K,K能夠等效電路到數(shù)據(jù)控制板Gc(s)中。那樣,全自動(dòng)均衡式數(shù)字式顯示儀表的開環(huán)增益?zhèn)鬟f函數(shù)為G(s)=Gc(s)/[s(s+10)(s+471)]。
3根據(jù)進(jìn)化算法PID控制器的設(shè)計(jì)方案
全自動(dòng)均衡式數(shù)字式顯示儀表是一個(gè)負(fù)載部位轉(zhuǎn)向頭燈自動(dòng)控制系統(tǒng),規(guī)定系統(tǒng)軟件的響應(yīng)時(shí)間快,超調(diào)量小,能迅速做到平穩(wěn)情況,恒定出現(xiàn)偏差的原因小等。因而為了更好地獲得令人滿意的動(dòng)態(tài)性特性,務(wù)必選用數(shù)據(jù)控制板對(duì)系統(tǒng)開展調(diào)整。
PID控制器因?yàn)榫邆錁O強(qiáng)的魯棒性,可以在很大范疇融入不一樣工作中標(biāo)準(zhǔn),另外簡(jiǎn)易實(shí)用,因而獲得廣泛運(yùn)用。PID控制器主要參數(shù)的提升變成大家關(guān)心的難題。
根據(jù)進(jìn)化算法提升PID控制器的三個(gè)主要參數(shù)Kp、Ki、Kd的實(shí)際明確流程以下。
1)明確每一個(gè)主要參數(shù)的范疇和編號(hào)長(zhǎng)短,開展編號(hào)。
2)任意造成n個(gè)個(gè)人組成原始物種P(0)。
3)將物種中各個(gè)人解碼成相匹配的變量值,用此參數(shù)求代價(jià)函數(shù)值J及融入函數(shù)值f,取f=1/J。
4)運(yùn)用拷貝、交叉式和基因變異算法對(duì)物種P(t)開展實(shí)際操作,造成下一代物種P(t+1)。
5)反復(fù)流程3)和4),直至主要參數(shù)收斂性或做到預(yù)訂的特性。
為了更好地獲得令人滿意的全自動(dòng)均衡式數(shù)字式顯示儀表的動(dòng)態(tài)性特點(diǎn),文中選用出現(xiàn)偏差的原因平方根時(shí)間積分性能參數(shù)做為主要參數(shù)挑選的最少目標(biāo)函數(shù)。為了更好地避免 操縱動(dòng)能過(guò)大,在目標(biāo)函數(shù)中添加操縱鍵入的平方項(xiàng)。為了更好地防止超調(diào),選用處罰作用,一旦造成超調(diào),將超調(diào)量做為最優(yōu)化指標(biāo)值的一項(xiàng)。挑選式(1)做為PID主要參數(shù)整定的最優(yōu)化性能參數(shù):
J=∫∞0[w1|e(t)|+w2u2(t)]dt+w3tu
ife(t)<0,J=∫∞0[w1|e(t)|+w2u2(t)+w4|e(t)|]dt+w3tu………………………………(1)
式中,e(t)為系統(tǒng)誤差;u2(t)為控制板輸出;tu為增益值;w1,w2,w3,w4為權(quán)重值,且w4>>w1。
進(jìn)化算法中應(yīng)用的樣版數(shù)量為size=30,交叉式幾率
和基因變異幾率各自為Pc=0.6,Pm=0.001－[1:1:size]×0.001/size。主要參數(shù)Kp的取值范圍為[0,20],Ki,Kd的取值范圍為[0,1],取w1=0.999,w2=0.001,w3=2.0,w4=100。并選用二進(jìn)制編碼方法,用長(zhǎng)短為10的二進(jìn)制編碼串來(lái)各自表明三個(gè)管理決策自變量的Kp、Ki、Kd。對(duì)該系統(tǒng)軟件開展模擬仿真,歷經(jīng)100代演變,得到 的提升主要參數(shù)以下:Kp=54.1544,Ki=0.8700,Kd=0.8700,性能參數(shù)J=34.3688。
4模擬仿真結(jié)果剖析
根據(jù)進(jìn)化算法設(shè)計(jì)方案的PID控制器傳遞函數(shù)Gc(s)=Kp+Ki/s+KD對(duì)顯示實(shí)體模型鍵入企業(yè)階躍數(shù)據(jù)信號(hào),并開展模擬仿真。
該系統(tǒng)軟件的超調(diào)量為零,調(diào)整時(shí)間約五十米s,徹底考慮動(dòng)態(tài)性性能參數(shù)的規(guī)定。

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