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)算法是一种随机搜索全局优化新方法。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(1)其中,(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。(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,;Tm—异步电动机拖动系统的机电时间常数,