计算机电机转速最优网络控制系统–对象端开题报告

1. 研究目的与意义

伴随着工程技术的发展和计算机网络控制的发展，人们对于电机转速控制的稳定性、精确性、快速性提出了新的要求。对于各式各样的负载和模型，我们应具备更加普适性的控制方案。一个完整的计算机电机转速网络控制系统由电机对象、网络系统、接口控制电路和微型计算机等部分组成。系统中电机装置为被控对象，计算机用作数字控制器，通过网络和输入输出接口连接。电机装置内设有直流电机、测速电机和驱动电路。为了更好的实现电机稳、准、快的达到设定目标值，克服常规数字直流调速装置的缺点，我们应该考虑如何能够通过连接计算机网络，通过编写c 程序来实现更精密的电机转速控制。

2. 课题关键问题和重难点

本文将研究一种基于数据采集卡与电机相连接的计算机电机转速网络控制系统，该系统由电机装置、计算机、网络系统、输入输出接口组成。在此设计系统中，以计算机为控制核心，接收电机转速的信号，启动控制装置进行调节。目的是让电机转速处于设定值的附近上下浮动，当非线性因素作用后能够自主调节，使其回到设定值。

课题难点:

（1）利用 windosxp 环境和 visual c 6.0 语言，编写电机控制综合实验程序。

3. 国内外研究现状（文献综述）

本文主要是对所收集的关于计算机控制系统的综合描述，以及信息收集。工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正是为了适应这一领域的语言而发展起来的一门专业技术。他主要研究如何将计算机技术、通信技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。计算机网络控制作为今后工业行业的一个重要发展方向，也是工业进步的重要方向，受到多方追捧。 电机的转速是时变非线性的，转速随弯不同的功率需要而相应地变化。传统的 pid 控制策略虽能实现对速度的控制，但其控制参数无法随着电机转速的变化而做出相应的调整，且易发生震荡，不能提供良好的控制性能以适应不同突发情况的影响，防止电机超调过大。本文针对电机转速的调控设计了一种自适应模糊 pid 控制策略，对电机的参数具有较强的鲁棒性和自适应性，通过自整定pid 控制参数，实现电机对速度的快速响应，提高了对电机转速的控制精度。

在《基于模糊pld 算法的智能车电机转速控制研究》中，作者首先建立了电机的数学模型，提高控制精度，在此基础上构建了自适应模糊 pid 控制器，然后，通过 pwm 脉冲改变电枢电压的平均值来控制电机转速，再通过低通滤波使速度输出平滑。加入陀螺仪使电机在车道缺线的情况下保持原来的转速，并通过 simulink 对电机进行仿真。实验测试表明，模糊 pid 控制能够较好地控制电机的转速，使智能车沿着车道稳定快速地运行。由此我们可以看出，pid控制和模糊控制的结合是更加精准的控制电机转速的好方法。

由《基于反推控制的永磁同步电动机速度的模糊控制》知，在永磁同步电动机速度跟踪系统中，电机参数的变化会导致系统出现一定的波动。针对此问题，提出了把模糊控制和反推控制相结合的控制策略，通过模糊控制器调节反推控制系统中的反推参数来改善系统的速度跟踪性能。该方法不仅能够实现永磁同步电动机系统的完全解耦，保证系统全局渐进稳定；并且通过模糊控制器对系统中反推参数的实时调整，能够在电机参数发生变化时实现快速的速度跟踪，使系统具有较强的鲁棒性和良好的伺服性能。其中对于鲁棒性和伺服性能的设计可以部分应用于本课题的设计。

4. 研究方案

1.设计方案

1.1 传统pid控制策略

pid 控制器由比例( proportion) 、积分( integral)、 导数( derivative) 三项组成，具有七十多年的使用历 史，是至今首个比较实用的控制器，也是目前使用最为广泛的工业控制器。与此同时，随着我国电子技术 及计算机技术的高速发展，pid 控制器也由最初的模 拟器转变为数字信号控制器，具有提高系统设计灵活性的优势，并且还能极大程度上简化系统电路结构，占据着工业生产控制器中极其重要的地位。pid 控 制结构图如图 2 所示。图 2 传统 pid 控制策略 y( t) = kp e( t) 1 ti e( t) dt td de( t) [ dt ] ( 1) 其中，y( t) 代表的是输出; e( t) 代表着控制器输 入，比例系数由 kp 表示比; ti 代表积分时间;td 代表 微分时间。2. 2 模糊 pid 控制器设计 2. 2. 1 模糊 pid 控制的提出 由于 pid 具有可靠性高以及简便算法等优势，被 广泛应用于无刷直流电机控制领域当中。pid在面 向大多数控制对象时，只要在能保障参数合理的情况 下，该控制器均能实现系统无差控制要求，具有较高的稳态性能。但是，pid 控制也存在一定的弊端，那就是其系统动态特性还相对交叉，以此导致 pid 控制器缺乏自动调节能力，通常情况下仅能适用于线性时 不变的系统中。就算是在线性时不变的系统当中，其系统参数也极有可能会随着运行状态而进行变化，以 此造成原本整定参数无法应用与参数变化的系统中，在此情况下系统性能也将随之降低，从而直接影响到 pid 控制器的控制效果。模糊控制器采用的控制方 式是基于人体直觉经验之上，也就是说在进行模糊控 制时，其无需进行被控系统的精确的数学表达式的建立工作，仅靠模糊规程进行相关推理工作获得控制输出，此种迷糊规则需以丰富实践经验及直观感觉作为基础。模糊控制器的控制方式其实就是一组探索型 决策，其中模糊规则是决定该控制效果的关键，主要依靠控制对象实际情况制定相应的规则。由于误差 e 与变化率 ec相对其他量来讲更易获得，因此将其作为输入语言变量。假设控制变量 u 表示为一个输出语 言变量，那么将其输入和输出之间的关系表示为 u = f( e，ec) 。而通过该表达式看出，这种关系其本质并 不是一个线性关系，而是一个基于非线性方程的控制 关系。对此，结合传统 pid 控制存在的问题，以及模糊控制的优势，提出采用模糊 pid 算法对无刷直流电机转速进行控制。

5. 工作计划

第 1 周 熟悉资料，调研与分析

第 2 周 阅读相关资料，理解有关内容；写出开题报告一份；

第 3 周 对几种典型算法进行重点分析与比较；