[發明專利]基于遺傳算法的模糊PID控制器及其控制方法

無效

• 申請號: 201210521099.0
• 申請日: 2012-12-07
• 公開（公告）號: CN102968055A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 王海軍
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明關于一種PID控制器及其控制方法，特別是涉及一種基于遺傳算法的模糊PID控制器及其控制方法。

背景技術

PID(比例-積分-微分)控制器作為最早實用化的控制器已有70多年歷史，現在仍然是應用最廣泛的工業控制器，PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統模型等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控制器。

目前實際應用中使用最廣泛的是常規PID控制策略，其原理簡單，穩定性好，但是由于常規PID控制中的比例、積分、微分三個基本參數，一旦整定好就不能再改變了，因此對強非線性或未知干擾較強的系統將不能很好的控制。由于模糊控制可以對復雜的非線性系統進行有效的控制，因此基于模糊控制的模糊PID控制器應運而生。

然而，在一般的模糊控制系統中，模糊控制的規則基本上是來源于那些控制專業領域的專家和技術人員的專業知識，具有相當大的人為主觀性，對于那些復雜非線性的且有較強隨機擾動的實際控制系統來說，這些控制規則不能說是完全準確的，有時甚至可能出現較大的出入，而且其隸屬函數的選取也有類似的上述情況。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明之目的在于提供一種基于遺傳算法的模糊PID控制器及其控制方法，其利用模糊控制算法對傳統PID控制進行改進，通過模糊控制算法來在線調整PID控制系統中的三個主要控制參數，使其能與實時動態控制系統相適應，在確保控制檢測準確的基礎上，提高了控制系統的動態與靜態性能。

為達上述及其它目的，本發明提出一種基于遺傳算法的模糊PID控制器，包括PID控制器、模糊控制模組，其中該模糊PID控制器還包括遺傳算法優化模組，該模糊控制模組利用模糊控制算法實現對被控對象控制，在線動態生成該PID控制器的三個參數，該遺傳算法優化模組在優化搜索中選擇合適的適應度函數，利用種群中每個個體的適應度值進行搜索，增加遺傳算法的收斂速度，計算出最優解，以此對該模糊控制模組所輸出的三個參數進行進一步優化。

進一步地，該模糊控制模組將被控量的精確值與設定值進行比較，得到誤差，并計算出誤差變化率，然后將誤差和誤差變化率分別量化模糊成模糊量，再由誤差、誤差變化率和模糊關系矩陣根據推理合成規則進行模糊決策，得到模糊控制量，作用于被控對象，如此循環下去，實現對被控對象的控制。

進一步地，該遺傳算法優化模組利用遺傳算法采用群體方式對目標函數空間進行多線索的并行搜索。

進一步地，該模糊PID控制器用于基于郵政包裹物流傳輸的直線電機控制系統。

進一步地，該目標函數為：

J=∫0∞(ω1|e(t)|+ω2u2(t))dt+ω3*tu]]>

其中，e(t)為系統誤差，u(t)為PID控制器的輸出，t_u為上升時間，w₁，w₂，w₃為權值。

進一步地，該適應度函數為該目標函數的倒數，F＝1/J。

進一步地，該遺傳算法優化模組優化后的三個參數為：

Kp＝Kpc+ΔKp*Pkp；

Ki＝Kic+ΔKi*Pki；

Kd＝Kdc+ΔKd*Pkd；

其中，Kpc、Kic、Kdc為對該PID控制器的三個基本參數先預設的常量，ΔKp、ΔKi、ΔKd為該模糊控制模組的輸出，Pkp，Pki，Pkd為由遺傳算法計算得出相對于三個參數的比例因子。