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1、精品名师归纳总结免疫 PI 掌握器在双闭环直流调速系统的应用讨论摘要依据生物免疫系统的调剂规律，比较掌握系统和免疫系统，本文提出了并行 免疫 PI 掌握器。基于双闭环直流调速系统的传统掌握策略和掌握要求，本文提出了应用免疫 PI 掌握的掌握模式，速度环采纳PI 调剂器掌握电流回路。仿真结果说明，该讨论方法与传统PI 掌握的直流调速系统相对比，具有超调量小和稳态精度高的优点，并且能够全面的提高动态性能的稳固，因此它具有肯定的应用前景。关键字： 直流调速系统转速环电流环免疫 PI 掌握正文：I. 简介直流电动机具有良好的起动和制动性能，它适合在很宽的调速范畴内平滑 调速。它已经被广泛应用于掌握性能
2、较高的大功率电力拖动领域，如轧钢机， 矿山卷扬机，挖掘机，造纸机等。在直流调速系统里，常规掌握模式是在速度 环和电流环中应用 PI 调剂器，虽然 PID 掌握在电力拖动领域始终是相当成熟的掌握方案，但其不能够适应参数变化和非线性的掌握对象，所以很难获得中意 的掌握成效。在对生物系统深化分析后，发觉了生物系统的许多特点，应用生 物系统有用的特点到工程当中就是当前的一个讨论课题，在这个讨论课题中处 理掌握问题显现的免疫掌握器应用了生物免疫系统的反馈机制。本文提出了一 种在双闭环直流调速系统中应用免疫PI调剂器掌握转速环和电流环的掌握模式，并利用 MATLAB仿真。讨论结果说明这种掌握方式比传统掌握
3、方式更好。II . 免疫 PI 掌握器生物免疫系统是一个具有较好的鲁棒性和自适应性的系统。假如没有免疫系统的爱护生物不行防止的会被感染，然后就会死亡。免疫反应是免疫系统的抗原识别、激活、分化和反应的一个过程。有体液免疫和细胞免疫两种方式。以体液免疫反应为例，抗原被抗原呈递细胞（ APC）消化的过程中第一激活 Th可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（帮助 T 细胞）细胞并释放淋巴因子，然后激活B 细胞产生抗体，抗原呈递细胞 APC可以激活 TS（抑制 T 细胞）细胞，激活的TS 细胞可以抑制 Th 细胞和 B 细胞使免疫系统达到稳固。体液免疫的反应过程如图1 所示。在免疫反应的不同
4、阶段， T 细胞的调剂功能是不同的。在免疫反应的初期阶段中，抗原的浓度很高，而抗体的浓度很低， TH 起主导作用的，免疫反应过程被促进。而在免疫反应的后期阶段中，抗原的浓度很低，抗体的浓度很高，TS 起主导作用的，免疫反应被抑制以保证免疫系统的稳固性。假如抗原和抗体的浓度都很低，就免疫力达到稳态状态，免疫反应停止。在免疫反应的调剂过程中，T 细胞的功能是促进和抑制免疫系统的快速反应并保证足够的稳固性。虽然这种免疫反应机制需要作进一步的讨论，但它可以用来有效的提高掌握系统的性能。图 1 体液免疫反应的过程示意图A免疫掌握器 3 4 在上述免疫反应的 T 细胞功能的基础上，从 K 的分裂得到了 B
5、 细胞的浓度表达式：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结假如：BkTH kTSk（1）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结TH kK1 k 2TS k K 2fBkd k （3）k 是子代抗原的浓度： K1是TH细胞的促进因子。 K2是TS细胞的抑制因子： Bk是B细胞的浓度变化，： BkdBkdBkd 1 ，d是免疫反应拖延时间： f 是B细胞非线性功能变化的相关浓度， k-d 是B细胞免疫作用间相互作用的抗体和抗原的分泌代。从我们得到的关系表达式1 3 ，可以得到B细胞中抗原浓度为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结B kK 1 k K 2fBkd k
6、K1nfBkd（）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其中 K=K1。 =K1/K2，这样也就可以求出 TS比例系数和 TH比例系数。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结把免疫系统和掌握系统作类比，我们会发觉在动态调整过程中掌握系统必需在保证系统稳固的前提下有更好的动态性能，这就是说它要具有特别小的超调而且快速反应排除偏差，这样的掌握要求与免疫系统的掌握目标是相同的。表一免疫系统与掌握系统的比较免疫系统掌握系统繁殖代 k（抗原、抗体等）离散系统的采样时间 k可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结k 代抗原浓度 kk 采样时刻设置值与实际输出的偏差 ek可编辑资
7、料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结k 代 B细胞浓度k 采样时刻掌握器输出 k基于表（ 1）和4 ，我们得到免疫掌握器的表达为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结u kK1nfukd ek （5）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其中， 表示免疫反应不同阶段的免疫调剂作用。假设e0 是阈值较大的偏差、 e1是阀值较小的偏差。 假如 |ek |e ， 这意味着他们的反应是在初始阶段，偏差很大，掌握作用很小，假如= -1 ， 调剂器的增益是：K 1nfukd K 1nfukd 假如 e1ek|e0，这意味着在中后期阶段系统的响应偏差小，调剂器的作 用是相当大的，为
8、了防止超调量很大，可以使 = 1 以及 f ukd1，此时调剂器的增益为：K 1nfu kd K 1n假如|ek |e1 ，这意味着在后期阶段系统的响应偏差小，调剂器的输出也很小。假如 =0，掌握器增益是：K 1nfukd K其中 ekr kck ， rk 是掌握系统的 输出设置值、 ck 是掌握系统 实际输出值。免疫调剂器如图 2 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2 免疫调剂器的结构图图 3T 细胞的调剂功能BT细胞的调剂功能T 细胞调剂不仅关系到抗原的浓度而且对抗体的浓度也有关系。在掌握系统中，调剂器的输出变化 uk-d 等于抗体的浓度。基于T 细胞的调剂，我们挑
9、选以下的非线性函数：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结Kukd 1exp2aukd exp a ukd 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其中， a 是抗体的浓度系数，对于不同值的a 其非线性函数如图 3 所示。C免疫 PI 调剂器器使免疫调剂器和积分调剂器并联，形成一个比例系数可调的PI调剂器。按照系统响应的不同阶段对，比例系数 KP可以设置为不同的价值。因此，我们改善了系统的掌握性能。免疫 PI调剂器的结构图如图 4所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结ukK1nfukd ek K iekK1p1ZK ie k11Z可编辑资料 - - - 欢迎下
10、载精品名师归纳总结其中， K puk K1nfukd 图 4 免疫 PI 调剂器的结构图III. 双闭环直流调速系统的仿真分析经过多年的讨论，双闭环直流调速系统的结构基本形成，如图52 所示。在工程设计中， ACR电流调剂器 和 ASR速度调剂器 全部采纳 PI 调剂器。获得的可视化仿真结果，我们挑选了以下仿真实例。双闭环直流调速系统的供电电源由可控硅整流器相桥整流电路。基 本参数如下。SCR所供应，整流装置采纳三直流电机： 220V，136A，1460r /min，C e = 0.132Vr/min， 答应过载才能 1.5 ，可控硅整流装置 SCR的放大系数 KS=40，电枢总电阻 R =
11、0.5 ，时间常数 Tl = 0.03，Tm = 0.18 ，电流反馈系数： 0.05V / A，转速反馈系数： =0.007V min/ r 。从工程设计中，我们得到了电流环和速度环调剂器调的传递函数。 电流环GACR sKi i s11.0130.03 s1i s0.03s转速环GASR sK n nsns111.70.087 s0.087s1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 5 双闭环直流调速系统的动态结构图依据经典的双闭环直流调速系统的结构，考虑到转速环是掌握系统的关键部分，转速环掌握电流环，而电流环主要用于转变电机运行性能。在建立双闭环直流调速系统的掌握模型时，速度
12、环采纳免疫PI 调剂器，而电流环仍旧采纳常规的 PI 调剂器。由于文章篇幅的限制，本文只画了额定负载条件下的MATLAB仿真曲线。这两种掌握方法的仿真结果图6 和 7 所示。图 6 两种掌握方法的电流仿真曲线1 ：免疫 PI 掌握 2：常规 PI 掌握 图 7 两种掌握方法的转速仿真曲线1 ：免疫 PI 掌握 2：常规 PI 掌握 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结为了直观的对比了这两种掌握方法的优点和缺点，我们总结了两种掌握方法的系统动态性能参数，如下表 2 所示。表 2 常规 PI 掌握和免疫 PI 掌握方法的动态性能仿真结果分析：从表 2 中，我们可以看到在额定负载下免疫P
13、I 掌握具有稳固，响应速度快，超调量小，静差小的特点，无论是动态性能仍是静态性能免疫PI 掌握都比常规 PI 掌握要好。在系统参数的调试与仿真过程中，常规PI 掌握特别敏锐，而免疫 PI 掌握得变化不是很明显。这说明转速环采纳免疫PI 掌握后系统具有较强的鲁棒性和抗干扰才能。IV 结论将生物免疫系统的响应机制运用到掌握系统中，并在掌握系统中建立了免 疫 PI 调剂器，仿真结果说明转速环采纳免疫PI 掌握的直流调速系统具有许多优点，如超调量小、稳态精度高等优点。这样的掌握系统可以全面提高直流调 速系统的动态和稳态性能，因此免疫PI 掌握在双闭环直流调速系统中具有很大的应用前景。可编辑资料 - -
14、 - 欢迎下载精品名师归纳总结参考文献：1黄忠林.掌握系统的运算及 MATLAB仿真 M.北京：国防工业出版社,2001.2陈伯时.电气传动掌握系统 M.北京：机械工业出版社 ,2002.3 Takahashi K，Yamada T，Application of an immune feedback mechanismtomechanism to control system，JSME Int J， Series C， vol. 41， pp. 184191， February 1998.4 唐英姿，沈炯 .系统自动化，第一卷免疫 PID 掌握器在温度掌握（ STC）系统的应用J.电力22，第 148-152 页， 2002 年 10 月。（中国）5Dasgupta D.人工免疫系统及其应用 M.柏林：斯普林格出版社， 1999可编辑资料 - - - 欢迎下载