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国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程

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仿真软件建立模型分析齐格勒–尼科尔斯优化算法应用于直流电机的速度控制

Bhaskar Lodh
PG学生(电气工程EE],部门,孟加拉理工学院&管理,波巴木Santiniketan西孟加拉邦,印度
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文摘

介绍了PID控制器的实现直流电机的速度控制。由于其简单,鲁棒性和成功的实际应用,PID控制器(Proportional-Integral-Derivative)已成为最广泛使用的控制器。有几种不同的方法通过PID控制器能有效地生成自动控制。本文提出的优化方法用于直流电机的速度控制模型Ziegler-Nichols(锌)优化算法。在这里,一个以计算机为基础的模型(使用仿真软件)提供获取恰当的输出在直流电机的速度控制。现今,直流电机已成为工业部门的主力由于其简单的建设和维护的手段。因此,机器的性能需要指定使用计算机辅助程序和最合适的控制策略是PID。

关键字
直流电机速度控制,PID调优,Ziegler-Nichols方法,Matlab-Simulink

介绍
Zeigler Nichols开环优化方法是一种有关工艺参数——延迟时间,过程增益和时间常数-控制器参数控制器增益和重置时间。它已经被开发出来用于delay-followed-by-first-order-lag过程但也可以适应真正的过程。
在过去的几十年中,控制理论找到了一些发展。不同的智能控制算法开发。然而,PID-type控制器行业仍然是最广泛使用的控制策略。研究甚至表明,大约90%的所有PID-type的工业控制器。在1930年代中期的三模式控制器与比例,积分,微分(PID)行为是商用和得到广泛的工业的接受。PID控制器优化方法可以分为两大类:(1)闭环方法(2)开环方法。1942年,齐格勒和尼科尔斯提出两种标准方法来优化pid控制器。这些方法,由于其简单性和实用性,还广泛用于不同工业和其他调优过程。

设计方程
获得直流电机的速度控制模型,所需的参数,电机速度、电压、电流、电阻和机械时间常数。电动机的动态参数由以下方程——解释道
回e.m.f.的电机,
图像
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使用方程(9)和(11)直流电机的数学模型,得出了使用仿真软件工具箱。

介绍了MATLAB仿真软件环境
摘要软件MATLAB用于构建仿真模型。这是一个非常强大的工具设计工程师。这是在1970年首次引入一个数值分析克里夫硅藻土,MATLAB的谁写的第一个版本。自那时以来,它已成为成功的计算和经营性的软件。仿真软件是一个商业工具由MathWorks公司与MATLAB。它用于建模和分析不同类型的静态和动态系统。本文所需的仿真模型的帮助下得到不同的构建块可以在仿真软件环境。构建任何动态系统仿真软件允许工程师使用框图符号。使用仿真软件,很容易任何类型的复杂或非线性系统模型。有几个可用的MATLAB函数和工具箱在MATLAB环境中进行处理和绘制波形的分析数据。 Simulink provides a stage for professionals to plan, analyse, design, simulate, test and implement different type s of systems. Simulink-Matlab combination is very functional for developing algorithms, creation of block diagrams and analysis of different simulation based designs.

测试系统
在直流电机的仿真软件模型如下所示(参见图1)。直流电机的数学模型和控制器是保持在一个面具(子系统,请参阅图2)。
图像
用于测试该模型用于模拟跟踪系统参数-
终端电阻(Ra) = 0.5欧姆,终端电感(La) = 1.52 mH。
转矩常数(Ke) = 0.05 Nm /。
电机/负载惯性(J) = 0.00025 Nm / rad / S²。
阻尼比(D) = 0.0001 Nm / rad /秒。
电动机转速恒定(Ke) = 0.05 V / rad /秒。
在这里,设计补偿器、自动PID齐格勒-尼科尔斯开环优化算法。这种优化方法计算比例、积分和微分增益的系统。使用仿真,仿真软件补偿器设计任务,可以在控制设计菜单工具头下。控制器子系统是选为可调。块调整PID控制器近似导数”复选框选中(参考
图像
设计的最初反应体系如下图所示。
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在模型的第一反应,沉淀时间是0.885秒了57.1%的最大超调。接下来,获取一个最佳输出峰值超过价值降低,应用自动调优方法,可用的输出设计任务节点控制和评估工具管理器(参见图5)。这里,PID控制器的类型选择,与齐格勒- Nichols开环优化算法选择。
图像
,齐格勒-尼科尔斯调优算法,系统的响应将会如下图所示
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在第二个模拟,齐格勒-尼科尔斯调优方法的响应以上图所示。在这里,沉降时间的价值是0.133秒了22.1%的最大超调。

结论
系统的初始峰值超调是非常高的。但使用自动PID Ziegler-Nichols开环优化算法,系统的超调会大大降低。第二个模拟的沉降时间也非常少比第一个是传统的方法,不满足设计要求。

引用
  1. Ogata K,《现代控制工程》,第五版,φ学习私人有限,新德里,2012。
  2. Nagrath我。J, Kothari D.P.,‘Electrical Machines’, Tata McGraw-Hill Publishing company Limited, New Delhi, 2003.
  3. Tyagi。K, MATLAB和Simulink工程师,牛津大学出版社,2012年新德里。
  4. MathWorks公司,Matlab仿真软件——动态系统仿真,MathWorks, Inc,纳蒂克,米一个,美国,2000年