闭环控制的变压异步机调速系统设计与分析【开题报告】.doc

毕业设计开题报告 电气工程与自动化 闭环控制的变压异步机调速系统设计与分析 一、选题的背景与意义 变压调速是异步电动机调速方法中比较简便，使用广泛的一种。它结构简单，便于控制，相比起变频调速，技术更加完善和成熟。而变压调速中的控制器，大多采用PID控制器。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。 但传统的PID控制器参数调整大多数采用人工经验指导下的实验试凑方式。这些方法可使系统性能有所改善，但有的不能在全局范围内达到最优，有的设计过于理论化，不适合工程应用。粒子群优化(PSO)算法是一种随机有哪些信誉好的足球投注网站全局优化新方法。将PSO算法应用于PID控制参数的寻优，解决电机控制系统中PID参数优化。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 寻找异步电动机的数学模型，掌握它的变压调速原理 在异步电动机的闭环控制中引入PID控制，观察PID参数对系统性能的影响 研究PSO算法，掌握PSO算法是如何寻找最优参数的 利用PSO算法来寻找PID控制中的最优参数，分析记录下结果，并与传统的PID控制进行比较，总结PSO-PID方法的优点 考虑改进PSO算法的可能性，进一步与原闭环系统进行比较，最大可能的完善电机的性能。 三、研究的方法与技术路线： 异步电动机的变压闭环控制 异步电动机改变电压时的机械特性 异步电动机的稳态等效电路如图1所示 图1 异步电动机的稳态等效电路 Rs、Rr’—定子每相电阻和折合到定子侧的转子每相电阻 Lls、Llr’—定子每相漏感和折合到定子侧的转子每相漏感 Lm—定子绕组产生气隙主磁通的等效电感，即空载实验得的励磁电感 Us、ω1—定子相电压和供电角频率 S—转差率 由图可以导出 QUOTE （1） 其中， QUOTE （2） 令电磁功率Pm=3Ir’2Rr’/s，同步机械角转速ωm1=ω1/np,np为极对数，则异步电动机的电磁转矩为 （3） 式（3）就是异步电动机的机械特性方程式。它表明，当转速或转差率一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比。这样，不同电压下的机械特性便如图2所示 由图2可见，带恒转矩负载TL工作时，普通笼型异步电动机变电压时的稳定工作点为A、B、C，转差率s的变化范围为0～Sm，调速范围有限。为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电动机能在较低速下动行而不 致过热，就要求电动机转子有 图2 异步电动机在不同电压下的机械特性 较高的电阻值，这样的电动机在变电压的机械特性如图3所示。 图3 高转子电阻电动机在不同电压下的机械特性 1.2 闭环变压调速系统的近似动态结构框图 N（s） N（s） 各类控制器，如PID，ASR等 异步电动机 转速传感器，将速度转化为电压 Un*（s） Un（s） - 图4 异步电动机闭环变压调速系统结构框图 异步电动机的动态过程是由一组非线性微分方程描述的，要用一个传递函数来准确地表示它的输入-输出关系是不可能的。所以，要用稳态工作点附近的微分线性化方法求出一个近似的传递函数。这个近似的传递函数为 （4） 式中，KMA—异步电动机的传递系数， QUOTE ; Tm—异步电动机拖动系统的机电时间常数， 1.3 异步电机的PID控制 所谓PID控制，就是指比例（P），积分（I）和微分（D），这三个控制的特性分别如下： 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制　在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振