【第14章】基于粒子群算法的PID控制优化设计~~新手求助

%% 清空环境clearclc%% 参数设置w = 06; % 惯性因子 c1 = 2; % 加速常数c2 = 2; % 加速常数Dim = 3; % 维数SwarmSize = 100; % 粒子群规模ObjFun = @PSO_PID; % 待优化函数句柄MaxIter = 100; % 最大迭代次数 MinFit = 01; % 最小适应值 Vmax = 1;Vmin = -1;Ub = [300 300 300];Lb = [0 0 0];%% 粒子群初始化 Range = ones(SwarmSize,1)(Ub-Lb); Swarm = rand(SwarmSize,Dim)Range + ones(SwarmSize,1)Lb; % 初始化粒子群 VStep = rand(SwarmSize,Dim)(Vmax-Vmin) + Vmin; % 初始化速度 fSwarm = zeros(SwarmSize,1);for i=1:SwarmSize fSwarm(i, = feval(ObjFun,Swarm(i,); % 粒子群的适应值end程序到这里就出现了，求解释！

需要知道你的数据异常是什么 或者给个大小阈值, 就可以编程序了

如最大为Vmax, 最小为Vmin,数据以向量输入，记为xn 代码如下：

yn = xn(find( xn<Vmax & xn>Vmin))

yn中即去掉异常之后的数据，yn中数据属于区间[Vmin, Vmax]

卷取常数计算步骤：

1、在整个卷取过程中，卷径计算是一个积分运算量，在程序中需要确定运算周期T、卷径变化率和卷取时间。

2、运算周期T为在最小直径和最大线速度v的情况下，卷筒转一周的时间，T等于Dcore乘以π除以vmaxDcore为卷筒直径。

1A，P1，P2，，P17，P18（以点定义面）

2AADD，NA1，NA2，NA8，NA9（面相加）

3AATT，MAT，REAL，TYPE，ESYS，SECN（指定面的单元属性）

注ESYS为坐标系统号、SECN为截面类型号。

4ABBR，Abbr，String（定义一个缩略词）

5ABBRES，Lab，Fname，Ext（从文件中读取缩略词）

6ABBSAVE，Lab，Fname，Ext（将当前定义的缩略词写入文件）

7ABS，IR，IA，--，--，Name，--，--，FACTA（取绝对值）

注

8ACCAT，NA1，NA2（连接面）

9ACEL，ACEX，ACEY，ACEZ（定义结构的线性加速度）

10ACLEAR，NA1，NA2，NINC（清除面单元网格）

11ADAMS，NMODES，KSTRESS，KSHELL

注

12ADAPT,NSOLN,STARGT,TTARGT,FACMN,FACMX,KYKPS,KYMAC

注

13ADD，IR,IA,IB,IC,Name,--,--,FACTA,FACTB,FACTC（变量加运算）

14ADELE，NA1，NA2，NINC，KSWP（删除面）

注KSWP=0删除面但保留面上关键点、1删除面及面上关键点。

15ADRAG，NL1，NL2，，NL6，NLP1，NLP2，，NLP6（将既有线沿一定路径拖拉成面）

16AESIZE，ANUM，SIZE（指定面上划分单元大小）

17AFILLT，NA1，NA1，RAD（两面之间生成倒角面）

18AFSURF，SAREA，TLINE（在既有面单元上生成重叠的表面单元）

19AFUN,Lab（指定参数表达式中角度单位）

20AGEN,ITIME,NA1,NA2,NINC,DX,DY,DZ,KINC,NOELEM,IMOVE（复制面）

21AGLUE，NA1，NA2，，NA8，NA9（面间相互粘接）

22AINA，NA1，NA2，，NA8，NA9（被选面的交集）

23AINP，NA1，NA2，，NA8，NA9（面集两两相交）

24AINV，NA，NV（面体相交）

25AL，L1，L2，，L9，L10（以线定义面）

26ALIST，NA1，NA2，NINC，Lab（列表显示面的信息）

注Lab=HPT时，显示面上硬点信息，默认为空。

27ALLSEL，LabT，Entity（选择所有实体）

注LabT=ALL（指定实体及其所有下层实体）、BELOW（指定实体及其下一层实体）；

Entity=ALL、VOLU、AREA、LINE、KP、ELEM、NODE。

28AMESH，NA1，NA2，NINC（划分面生成面单元）

AMESH，AREA，KP1，KP2，KP3，KP4（通过点划分面单元）

29/AN3D，Kywrd，KEY（三维注释）

30ANCNTR，NFRAM，DELAY，NCYCL（在POST1中生成结构变形梯度线的动画）

31ANCUT，NFRAM，DELAY，NCYCL，QOFF，KTOP，TOPOFF，NODE1，NODE2，NODE3（在POST1中生成等势切面云图动画）

32ANDATA，DELAY，NCYCL，RSLTDAT，MIN，MAX，INCR，FRCLST，AUTOCNTRKY（生成某一范围内的结果数据的顺序梯度线动画）

33ANDSCL，NFRAM，DELAY，NCYCL（在POST1中生成结构变形的动画）

34ANFLOW，NFRAM，DELAY，NCYCL，TIME，SPACING，SIZE，LENGTH（生成粒子流或带电粒子运动的动画）

35/ANGLE，WN，THETA，Axis，KINCR（绕指定轴旋转视图）

36ANHARM，NFRAM，DELAY，NCYCL（生成谐波分析的动画）

37ANIM，NCYCL，KCYCL，DELAY（动画显示图形序列）

注

38ANISOS，NFRAM，DELAY，NCYCL（在POST1中生成等势面云图动画）

39ANMODE，NFRAM，DELAY，NCYCL，KACCEL（在POST1中生成结构变形模态的动画）

40/ANNOT，Lab，VAL1，VAL2（激活图形显示注释）

注Lab=OFF、ON、DELE、SAVE、SCALE、XORIG、YORIG、SNAP、STAT、DEFA、REFR、TMODE。

41ANORM，ANUM，NOEFLIP（重新定义面的法线方向）

注NOEFLIP=0、1。

42ANTIME，NFRAM，DELAY，NCYCL，AUTOCNTRKY，RSLTDAT，MIN，MAX（在指定时间段内生成动画）

43ANTYPE，Antype，Status，LDSTEP,SUBSTEP,Action（定义分析类型）

注Label=STATIC、BUCKLE、MODAL、HARMIC、TRANS；

Status=NEW、REST；

Action=CONTINUE、ENDSTEP、RSTCREATE。

44/ANUM，NUM，TYPE，XHOT，YHOT（指定注释的数目、类型和热点位置）

45AOFFST，NAREA，DIST，KNIC（偏移生成面）

46AOVLAP，NA1，NA2，，NA8，NA9（面搭接）

47APLOT，NA1，NA2，NINC，DEGEN，SCALE（显示所选面）

48APPEND，Lstep，SBSTEP，FACT，KIMG，TIME，ANGLE，NSET（读入载荷结果数据）

49APTN，NA1，NA2，，NA8，NA9（面间相互分割）

50AREFINE，NA1，NA2，NINC，LEVEL，DEPTH，POST，RETAIN（将面附近的单元网格细化）

注LEVEL：指定细化的程度（1、2、3、4、5）；DEPTH：指定细化的深度；

POST=CLEAN（对细化区域进行光滑和清理工作）、SMOOTH（只作光滑工作）、OFF；

RETAIN=ON（对于全是四边形的网格，细化不会将三角形引入）、OFF（可能将三角形引入）

51AREVERSE，ANUM，NOEFLIP（将面的法线方向反向）

52AROTAT，NL1，NL2，NL3，NL4，NL5，NL6，PAX1，PAX2，ARC，NSEG（绕轴旋转生成面）

注PAX1，PAX2为定义轴的关键点；ARC为旋转角度。

53ARSCALE，NA1，NA2，NINC，RX，RY，RZ，KINC，NOELEM，IMOVE（面缩放）

54ASBA，NA1，NA2，SEPO，KEEP1，KEEP2（面减面）

55ASBL，NA，NL，SEPO，KEEP1，KEEP2（面减线）

56ASBV，NA，NV，SEPO，KEEP1，KEEP2（面减体）

57ASBW，NA，SEPO，KEEP（工作平面分离面）

58ASEL，Type，Item，Comp，VMIN，VMAX，VINC，KSWP（选择面）

注Item=HPT时，选择包含硬点的面。

59ASKIN，NL1，NL2，，NL8，NL9（通过引导线由蒙皮生成光滑曲面）

60ASUB，NA1，P1，P2，P3，P4（选择面的一部分生成新面）

61ARSYM，Ncomp，NA1，NA2，NINC，KINC，NOELEM，IMOVE（面镜像）

62ATRAN，KCNTO，NA1，NA2，NINC，KINC，NOELEM，IMOVE（将面转化到另一坐标系）

63/AUTO，WN（启动自动调整模式）

64AUTOTS，Key（设定自动时间步长）

65AVPRIN，KEY，EFFNU（指定在同一节点处先计算主应力或矢量和，再进行平均）

66/BATCH,Lab（进入批处理模式）

注Lab=LIST（批处理的输出包括输入文件列表）、black。

67BF，NODE，Lab，VAL1，VAL2，VAL3，PHASE（在节点上施加体载荷）

68BFA，AREA，Lab，VAL1，VAL2，VAL3，PHASE（在面上施加体载荷）

69BFADELE，AREA，Lab（删除面上的体载荷）

70BFALIST，AREA，Lab（列表显示面上的体载荷）

71BFCUM，Lab，Oper，FACT，TBASE（设置节点上体载荷的施加方式）

注Oper=REPL（后定义的值替换原值）、ADD（后定义的值与原值相加）、IGNO（忽略后值）；

72BFDELE，NODE，Lab（删除节点上的体载荷）

73BFE，ELEM，Lab，STLOC，VAL1，VAL2，VAL3，VAL4（在单元上施加体载荷）

74BFECUM，Lab，Oper，FACT，TBASE（设置单元上体载荷的施加方式）

75BFEDELE，ELEM，Lab（删除单元上的体载荷）

76BFELIST，ELEM，Lab（列表显示单元上的体载荷）

77BFESCALE，Lab，FACT，TBASE（按比例缩放节单元上的体载荷）

78BFK，KPOI，Lab，VAL1，VAL2，VAL3，PHASE（在关键上施加体载荷）

79BFKDELE，KPOI，Lab（删除关键点上的体载荷）

80BFKLIST，KPOI，Lab（列表显示线关键点上的体载荷）

81BFL，LINE，Lab，VAL1，VAL2，VAL3，PHASE（在线上施加体载荷）

82BFLDELE，Line，Lab（删除线上的体载荷）

83BFLIST，NODE，Lab（列表显示节点上的体载荷）

84BFLLIST，LINE，Lab（列表显示线上的体载荷）

85BFSCALE，Lab，FACT，TBASE（按比例缩放节点上的体载荷）

86BFTRAN（将实体模型中的体载荷转换到有限元模型）

87BFUNIF，Lab，VALUE（在所有节点施加均匀的体载荷）

88BFV，VOLU，Lab，VAL1，VAL2，VAL3，PHASE（在体上施加体载荷）

89BFVDELE，VOLU，Lab（删除体上的体载荷）

90BFVLIST，VOLU，Lab（列表显示体上的体载荷）

91BLC4，XCORNER，YCORNER，WIDTH，HEIGHT，DEPTH（指定角点位置生成矩形或长方体）

92BLC5，XCENTER，YCENTER，WIDTH，HEIGHT，DEPTH（指定中心位置生成矩形或长方体）

93BLOCK，X1，X2，Y1，Y2，Z1，Z2（根据两角点生成长方体）

94BOPTN，Label，Value（对布尔运算进行设置）

注Label=KEEP，设定是否保留源图元，Value（YES、NO）

Label=PTOL，设定警告或错误信息，Value（0、2、-1）

Label=NWARN，设定布尔运算程序版本，Value（RV52、RV51）

Label=VERSION，设定运算公差，Value

95BSPLIN，P1，P2，P3，P4，P5，P6，XV1，YV1，ZV1，XV6，YV6，ZV6（拟合样条曲线）

一编程时\r\n○1 逆时针：工件上小下大为正锥，切割时锥度角设定为正；\r\n工件上大下小为倒（负）锥，切割时锥角设定为负。\r\n○2 顺时针：工件上小下大为正锥，切割时锥度角设定为负；\r\n工件上大下小为倒（负）锥，切割时锥角设定为正。\r\n二、机床上的测量\r\n1、h : 下导轮中心到工件基准面的垂直距离；\r\n如果工件的基准面在底部，则 h = 下导轮中心到工作台台面的距离；\r\n如果工件的基准面在顶部，则 h = 下导轮中心到工件面的距离；\r\n2、H ： 下导轮中心到上导轮中心的垂直距离；\r\n3、T ： 工件的厚度；\r\n4、导轮半径一般取默认值145mm。\r\n注意测量时尽量要准！！！\r\n三、HL控制系统内的设置\r\n1、锥度菜单内的锥度角按单边计，单位：度\r\n2、逆时针编程时，锥度角取正，工件上小下大，正锥；\r\n锥度角取负，工件上大下小，倒（负）锥；\r\n3、顺时针编程时，锥度角取正，工件上大下小，倒（负）锥；\r\n锥度角取负，工件上小下大，正锥；\r\n四、注意事项\r\n1、正式切割之前一定要先模拟加工一次，以便查看U、V轴的最大行程，即查看Umax、Vmax的值，正负值之和不超过U、V轴的最大行程即可正式加工。\r\n2、正式加工时的锥度设定要与模拟加工时的锥度设定相同。\r\n3、正式加工之前要最后一次确定切割方向、工件的基准面、机床的最大锥角及确认模拟无误后方能开始加工，以防报废工件。\r\n4、切割时，进给速度（即切割速度）要较一般加工时稍微慢一些，电流要稍微低些，而且一定要注意工作液的出水正常。\r\n5、加工完时要留意最后一段程序要手动加工完，否则会导致钼丝不能回到原来垂直的位置。\r\n6、一般切割完锥度工件后需要紧丝一次，以保证钼丝在储丝筒上的松紧均匀，正常切割加工一般2~4小时需要紧丝一次。\r\n7、切割时要多观察机床的切割情况，以防异常情况的发生。\r\n8、切割加工完后记得工件要及时取出，清洗。\r\n9、工件加工完要第一时间进行测量，以确认工件的精度。

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分类: 理工学科 >> 工程技术科学

解析:

1什么是张力控制：所谓的张力控制，通俗点讲就是要能控制电机输出多大的力，即输出多少牛顿。反应到电机轴即能控制电机的输出转距。

2真正的张力控制不同于靠前后两个动力点的速度差形成张力的系统，靠速度差来调节张力的实质是对张力的PID控制，要加张力传感器。而且在大小卷启动、停止、加速、减速、停车时的调节不可能做到象真正的张力控制的效果，张力不是很稳定。肯定会影响生产出产品的质量。

用变频器做恒张力控制的实质是死循环矢量控制，即加编码器反馈。对收卷来说，收卷的卷经是由小到大变化的，为了保证恒张力，所以要求电机的输出转距要由小到大变化。同时在不同的 *** 作过程，要进行相应的转距补偿。即小卷启动的瞬间，加速，减速，停车，大卷启动时，要在不同卷经时进行不同的转距补偿，这样就能使得收卷的整个过程很稳定，避免小卷时张力过大；大卷启动时松纱的现象。

二．张力控制变频收卷在纺织行业的应用及工艺要求

1．传统收卷装置的弊端

纺织机械如：浆纱机、浆染联合机、并轴机等设备都会有收卷的环节。传统的收卷都是采用机械传动，因为机械的同轴传动对于机械的磨损是非常严重的，据了解，用于同轴传动部分的机械平均寿命基本上是一年左右。而且经常要维护，维护的时候也是非常麻烦的,不仅浪费人力而且维护费用很高,给客户带来了很多的不便。尤其是纺织设备基本上是开机后不允许中途停车的，如发生意外情况需要停车会造成很大的浪费。在这种情况下，张力控制变频收卷开始逐渐取代传统的机械传动系统。

2．张力控制变频收卷的工艺要求

在收卷的整个过程中都保持恒定的张力。张力的单位为：牛顿或公斤力。

在启动小卷时，不能因为张力过大而断纱；大卷启动时不能松纱。

在加速、减速、停止的状态下也不能有上述情况出现。

要求将张力量化，即能设定张力的大小（力的单位），能显示实际卷径的大小。

3．张力控制变频收卷的优点

张力设定在人机上设定，人性化的 *** 作,单位为力的单位:牛顿

使用先进的控制算法:卷径的递归运算;空心卷径激活时张力的线性递加;

张力锥度计算公式的应用;转矩补偿的动态调整等等

卷径的实时计算，精确度非常高，保证收卷电机输出转矩的平滑性能好。并且

在计算卷径时加入了卷径的递归运算，在 *** 作失误的时候，能自己纠正卷径到正确的数值。

因为收卷装置的转动惯量是很大的，卷径由小变大时。如果 *** 作人员进行加速、

减速、停车、再激活时很容易造成爆纱和松纱的现象，将直接导致纱的质量。

而进行了变频收卷的改造后，在上述各种情况下，收卷都很稳定，张力始终恒

定。而且经过PLC的处理，在特定的动态过程，加入一些动态的调整措施，

使得收卷的性能更好。

在传统机械传动收卷的基础上改造成变频收卷，非常简便而且造价低，基本

上不需对原有机械进行改造。改造周期小，基本上两三天就能安装调试完成。

克服了机械收卷对机械磨损的弊端，延长机械的使用寿命。方便维护设备。

三． 变频收卷的控制原理及调试过程

卷径的计算原理：根据V1=V2来计算收卷的卷径。因为V1=ω1R1,

V2=ω2Rx因为在相同的时间内由测长辊走过的纱的长度与收卷收到的纱的长度是相等的。即L1/Δt=L2/Δt ,Δn1C1=Δn2C2/i(Δn1---单位时间内牵引电机运行的圈数、Δn2---单位时间内收卷电机运行的圈数、C1---测长辊的周长、C2---收卷盘头的周长、i---减速比) Δn1πD1=Δn2πD2/i D2=Δn1D1i/Δn2,因为Δn2=ΔP2/P2(ΔP2---收卷编码器产生的脉冲数、P2---收卷编码器的线数) Δn1=ΔP1/P1取Δn1=1,即测长辊转一圈,由霍尔开关产生一个信号接到PLC那么D2=D1iP2/ΔP2,这样收卷盘头的卷径就得到了

收卷的动态过程分析: 要能保证收卷过程的平稳性,不论是大卷、小卷、加速、减速、激活、停车都能保证张力的恒定需要进行转矩的补偿整个系统要激活起来,首先要克服静摩擦力所产生的转矩,简称静摩擦转矩,静摩擦转矩只在激活的瞬间起作用;正常运行时要克服滑动摩擦力产生地滑动摩擦转矩,滑动摩擦转矩在运行当中一直都存在,并且在低速、高速时的大小是不一样的。需要进行不同大小的补偿,系统在加速、减速、停车时为克服系统的惯量,也要进行相应的转矩补偿,补偿的量与运行的速度也有相应的比例关系在不同车速的时候,补偿的系数是不同的。即加速转矩、减速转矩、停车转矩、激活转矩；克服了这些因素,还要克服负载转矩,通过计算出的实时卷径除以2再乘以设定的张力大小,经过减速比折算到电机轴这样就分析出了收卷整个过程的转矩补偿的过程。总结:电机的输出转矩=静摩擦转矩(激活瞬间)+滑动摩擦转矩+负载转矩<1>在加速时还要加上加速转矩;<2>在减速时要减去减速转矩<3>停车时,因为是通过程控减速至设定的最低速,所以停车转矩的补偿同减速转矩的处理

转矩的补偿标准

(1) 静摩擦转矩的补偿:因为静摩擦转矩只在激活的瞬间存在,在系统激活后就消

失了因此静摩擦转矩的补偿是以计算后电机输出转矩乘以一定的百分比进行补偿

(2) 滑动摩擦转矩的补偿:滑动摩擦转矩的补偿在系统运行的整个过程中都是起作用的补偿的大小以收卷电机的额定转矩为标准补偿量的大小与运行的速度有关系。所以在程序中处理时，要分段进行补偿。

(3) 加减速、停车转矩的补偿：补偿硬一收卷电机的额定转矩为标准，相应的补偿系数应该比较稳定，变化不大。

计算当中的公式计算

(1) 已知空芯卷径Dmin=200mm,Dmax=1200mm;线速度的最大值Vmax=90m/min,张力设定最大值Fmax=50kg(约等于500牛顿);减速比i=9;速度的限制如下:

因为:V=πDn/i(对于收卷电机)=>收卷电机在空芯卷径时的转速是最快的所以:90=31402n/9=>n=1290r/min;

(2) 因为我们知道变频器工作在低频时,交流异步电机的特性不好,激活转矩低而且非线性因此在收卷的整个过程中要尽量避免收卷电机工作在2HZ以下因此:收卷电机有个最低速度的限制计算如下:

对于四极电机而言其同步转速为:n1=60f1/p=>n1=1500r/min =>2HZ/5HZ=N/1500=>n=60r/min

当达到最大卷径时,可以求出收卷整个过程中运行的最低速V=πDn/i=>Vmin=3141260/9=2512m/min张力控制时,要对速度进行限制,否则会出现飞车因此要限速

(3) 张力及转矩的计算如下:如果FD/2=T/i,=>F=2Ti/D对于22KW的交流电机,其额定转矩的计算如下:T=9550P/n=>T=140Nm所以Fmax=21409/06=4200N(其中P为额定功率,n为额定转速)

调试过程：

1．先对电机进行自整定，将电机的定子电感、定子电阻等参数读入变频器。

2．将编码器的信号接至变频器，并在变频器上设定编码器的线数。然后用面板给定频率和启停控制，

观察显示的运行频率是否在设定频率的左右波动。因为运用死循环矢量控制时，运行频率总是在参

考编码器反馈的速度，最大限度的接近设定频率，所以运行频率是在设定频率的附近震荡的。

3．在程序中设定空芯卷径和最大卷径的数值。通过前面卷径计算的公式算出电机尾部所加编码器产生的最大脉冲量（P2）和最低脉冲量 ( P2 )通过算出的最大脉冲量对收卷电机的速度进行限定，因为变频器用作张力控制时，如果不对最高速进行限定，一旦出现断纱等情况，收卷电机会飞车的。最低脉冲量是为了避免收卷变频器运行在2Hz以下，因为变频器在2Hz以下运行时，电机的转距特性很差，会出现抖动的现象。

4．通过前面分析的整个收卷的动态过程，在不同卷径和不同运行速度的各个阶段，进行一定的转距补偿补偿的大小，可以以电机额定转距的百分比来设定。

四．真正的张力控制

1什么是张力控制：所谓的张力控制，通俗点讲就是要能控制电机输出多大的力，即输出多少牛顿。反应到电机轴即能控制电机的输出转距。

2真正的张力控制不同于靠前后两个动力点的速度差形成张力的系统，靠速度差来调节张力的实质是对张力的PID控制，要加张力传感器。而且在大小卷启动、停止、加速、减速、停车时的调节不可能做到象真正的张力控制的效果，张力不是很稳定。肯定会影响生产出产品的质量。

五．变频收卷对变频器性能的要求

1 变频收卷的实质是要完成张力控制,即能控制电机的运行电流,因为三相异步电机的输出转距

T=CMφmIa,,与电流成正比并且当负载有突变时能够保证电机的机械特性曲线比较硬所以必须用矢量变频器,而且必须要加编码器死循环控制

2 市场上能进行张力控制变频收卷的变频器主要有: 安川,艾默生,伦次等台达V系列的变频器是矢量型变频器,能够完成张力控制,但因为不属于收放卷专用型变频器,所以要配合外部其它接口设备才能完成收放卷的功能艾默生TD3300就是一款收放卷专用的变频器,也许台达也会在不久的将来推出我们自己收放卷专用的变频器,我们拭目以待

六．使用台达产品做变频收卷的方案

1硬件构成：DOP-A57GSTD+DVP-20EH+DVP—4DA-H+VFD-V

2电气原理图：（以并轴机为例）

七．结论

通过以上的分析，使用台达V系列的矢量型变频器做张力控制变频收卷时，只要能对上述收卷的整个动态过程有比较清晰的认识，能在不同的过程中将转距补偿的量找到一个合适的数值，一定能保证恒张力的控制,满足客户的要求，但要提醒读者，这种控制方式也有一定的局限性，虽然实现了恒张力的控制要求，但如果控制张力的范围很小，比如：张力范围在0-200/300牛顿时，这种控制方式是不适用的。

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