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周慧职称或学位:
硕士
2011年5月20日
外文文献翻译(译成中文1000字左右):
【主要阅读文献不少于5篇,译文后附注文献信息,包括:
作者、书名(或论文题目)、出版社(或刊物名称)、出版时间(或刊号)、页码。
提供所译外文资料附件(印刷类含封面、封底、目录、翻译部分的复印件等,网站类的请附网址及原文】
Abstract
本文介绍了二阶系统PID整定规则。
这些整定规则来源于通过优化、综合设定点的绝对误差,以及在鲁棒性和频带限制下的负载扰动反应。
为了调整整定规则,就设计了标准化系统的PID控制器。
控制器参数之间的关系,参数代表系统动力学和增益交叉频率的设定,由此推导出整定规则。
仿真实例和实验结果都证明了这些整定规则的有效性。
Introduction
PID控制器是最常见的控制器算法并且被广泛的运用。
PID控制器有非常多的整定规则【1-19】,大部分的整定规则都是在过程控制和理想化假设下推到而出的,例如无限频带。
事实上,在大多数的应用中,在噪声的测量中,操纵的范围是变化的,系统的采样率限制了闭环频带。
在本论文中,推导出了二阶系统PID整定规则。
为了推到这个整定规则,设计了一些规范化的二阶系统PID控制器。
这些PID控制器是通过优化、综合设定点的绝对误差(IAE),以及在鲁棒性和交叉频率(此处频率的环路增益等于一)下的负载扰动反应而设计的。
要注意的是闭环频带可以通过交叉频率调整到近似值【20】。
因此,PID控制器都是在带宽限制下设计出的。
当标准化系统的PID控制器被设计出来,曲线拟合技术用于获得描述标准化PID控制器参数的简单参数,这些简单参数代表了系统动力学和标准化的交叉频率。
一旦这些公式被推到出来,就可用于调整PID控制器。
仿真实例和实验结果表明这些公式产生的结果令人满意。
本文的结构如下:
在第二部分会介绍系统模型以及PID控制器的设计方法。
第三部分会介绍推导出整定规则的方法。
第四部分会给出仿真和实验结果。
最后在第五部分会得出一个结论。
2。
模型及设计方法
考虑以下系统
其中Ks是静态增益,Wn为自然无阻尼净重,z是频率和阻尼比。
对于过阻尼系统(Z>
1),在模型
(1)模可以改写为
Where
当T1<
10T(ζ>
1.74),在模型
(2)可以近似为
在这里,
的系统被审定。
假设下面的PID控制器以控制系统:
其中u,ry,y,K,b,iT,dT,和e是控制器输出设定点,系统的输出,控制器增益,设定点加权,积分时间,微分时间和误差分别。
请注意,该控制器参数
K,b,iT和d
T必须是正的常数。
记循环的闭环传递函数为G(s)l的M系统,并定义为
Ms是奈奎斯特逆向最短距离,循环传递函数曲线的临界点-1并为稳定鲁棒性措施。
典型值Ms是从1.4到2.0和标准值范围内为2.0[10]。
分别让es记为一单位阶跃造成设定点误差变化和ea表示一个单位的误差造成的一步在系统输入的干扰。
定义性能指标:
在这项研究中,PID控制器参数选择这样的性能指标J在下列限制为最小:
其中常数M>
1代表稳定鲁棒性的最小要求(在本研究中,我们设M=2.0。
)Wg表示转折频率和B>
0代表上界的交叉频率。
显然,这是一个约束非线性优化问题。
在这项研究中遗传算法[17]中描述的方法来解决这优化问题。
3。
调谐规则
最后介绍的PID控制器的设计方法,是一个耗时的过程。
如果我们能找到这说明各关系的简单公式,包括PID控制器的参数,参数表征系统动力学与上界交叉频率,用户可以得到适当的PID控制器参数方便,不必运行整个设计过程。
在本节的方式来推导调整规则进行说明。
该系统的闭环传递函数气孔在(5)中由PID控制器控制:
其中
是归控制器参数
和
为标准化系统模型。
无论是在时域和频域,具有相同ð
T,B和Z的系统将有类似的反应,唯一的区别是在时间和频率轴的刻度(与Wn缩放)。
为了方便,上界归为B的
如果我们能找到ž之间的关系,乙与正规化控制参数,并代表,ð
T和B作为Z和乙,这些功能函数可以用来调整系统的PID控制器由GS模型。
调整的推导规则,对PID控制器标准化系统的Gs与Z=0.1,0.2,2.0和...归上界=B的一,二,...10人设计的。
然后,控制器的参数进行了归一,绘制成z和职能B.。
然后我们利用曲线拟合技术之间寻找关系正常化控制器参数,ζ和
图。
1显示所设计的结果归系统。
这是试图表达的归控制器增益为:
其他参数和类似的表达。
到数据图。
1,可以发现,归增益K迅速为B的增加而增加和钛的变化,运输署和B是乙2英镑大。
这使得它很难做曲线拟合。
为了获得更好的拟合,数据分成两个组(B2英镑和10≥乙“2)为曲线拟合。
经过一番试验,我们发现,对于
的功能,
和B可以及近似函数的形式
表1显示的系数A0,A1和...的解答11函数的形式如(7)被最小二乘拟合为了在图数据。
1。
正式控制系统的设计结果
对于所产生的B2英镑,调谐规则更加控制器进行了设计。
图2描述了所设计的的结果。
经过一些试验中,我们发现,这是难以适应图中的数据。
二要合理地像功能(7)
翻译原文
ABSTRACT
ThispaperpresentsPIDtuningrulesforsecond
systems.Thesetuningrulesarederivedbyoptimizingthe
integratedabsoluteerrorsofsetpointandloaddisturbance
responsesunderrobustnessandbandwidthconstrains.For
derivingthetuningformulas,PIDcontrollersfor
normalizedsystemsweredesigned.Therelationship
betweenthecontrollerparameters,theparametersthat
characterizethesystemdynamicsandthenormalizedgain
crossoverfrequencyaredeterminedandthetuning
formulasarethenderived.Simulationexamplesand
experimentalresultsareprovidedtodemonstratethe
effectivenessofthesetuningrules.
KeyWords:
bandwidth,PIDcontrollers,tuningrules,
secondordersystem.
1.INTRODUCTION
PIDcontrolleristhemostcommoncontrolalgorithm
andiswidelyused.TherearealotoftuningrulesforPID
controllers[1-19].Mostofthetuningrulesarederivedfor
processcontrolandarederivedunderidealizeassumptions,
suchasinfinitebandwidth.Infact,inmostapplications,the
measurementnoise,therangeofmanipulatedvariableand
thesamplerateofthesystemlimittheclosed-loop
bandwidth.
Inthispaper,PIDtuningrulesforsecondordersystemsarederived.Forderivingthetuningrules,PIDcontrollersforsomenormalizedsecondordersystemsaredesigned.ThesePIDcontrollersaredesignedbyoptimizingtheintegratedabsoluteerrors(IAE)ofsetpointandloaddisturbanceresponsesunderconstraintsonrobustnessandcrossoverfrequency(thefrequencywheretheloopgainequalsone).Notethattheclosed-loopbandwidthcanbeapproximatedbythecrossoverfrequency[20].Therefore,thePIDcontrollersaredesignedunderbandwidthconstrain.WhenthePIDcontrollersfornormalizedsystemsaredesigned,thecurvefittingtechniqueisusedtoderivesimpleformulasthatdescribetherelationshipsamongnormalizedPIDcontrollerparameters,parametersthatcharacterizethesystemdynamicsandthenormalizedcrossoverfrequency.Oncetheseformulasarederived,theycanbeusedtotunethePIDcontrollers.Simulationexamplesandexperimentalresultsshowthattheseformulasgivesatisfactoryresults.Thispaperisorganizedasfollows:
InSection2,themodelofsystemsandthedesignmethodofPIDcontrolleraredescribed.Section3presentsthewaytoderivethetuningrules.SimulationandexperimentalresultsaregiveninSection4.Finally,conclusionsaredrawninSection5.
2.MODELANDDESIGNMETHOD
Considerthefollowingsystem
Inthispaper,thesystemswithζ<
2areconsidered.Supposethatthefollo
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