[發(fā)明專利]基于粒子群膜算法的PID控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310635155.8
• 申請(qǐng)日: 2013-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN103592852A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張葛祥;王濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)過(guò)程控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于粒子群膜算法的PID（比例-積分-微分）控制器參數(shù)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

工業(yè)自動(dòng)化的產(chǎn)生在極大提高生產(chǎn)效率的同時(shí)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，作為其關(guān)鍵環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)，不管是理論還是技術(shù)應(yīng)用方面都得到了迅速發(fā)展。工業(yè)過(guò)程中，在控制系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)，必須要對(duì)控制器進(jìn)行優(yōu)化，使控制系統(tǒng)盡可能的獲得最優(yōu)控制性能以得到更大的經(jīng)濟(jì)效益。控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì)一般包括兩個(gè)方面，即控制器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和控制器參數(shù)的優(yōu)化。本發(fā)明所述的控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)就是指的控制器參數(shù)的優(yōu)化，特別是PID控制器的比例系數(shù)K_p、積分增益K_i和微分增益K_d的優(yōu)化。

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)控制系統(tǒng)的控制策略確定以后，控制器的結(jié)構(gòu)就能夠確定下來(lái)。而控制器的參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)的性能影響很大，若選取不當(dāng)，會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)的性能下降，嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)引起系統(tǒng)產(chǎn)生不穩(wěn)定狀況。PID控制器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、容易實(shí)現(xiàn)且魯棒性好，在工業(yè)自動(dòng)化中應(yīng)用一直最為廣泛。所以，當(dāng)控制策略和控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)確定后，如何通過(guò)對(duì)PID控制器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以獲得更好的PID控制器參數(shù)，從而使被控系統(tǒng)的控制效果達(dá)到更優(yōu)甚至最優(yōu)具有強(qiáng)烈的實(shí)際意義。

目前，常用的PID控制器優(yōu)化方法包括傳統(tǒng)方法和智能方法。傳統(tǒng)PID控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)法主要包括Ziegler-Nichols法（Z-N法）、單純形法、繼電器整定法等，這些方法的共同優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，但是它們?cè)赑ID控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中具有相同的問(wèn)題，即都很難實(shí)現(xiàn)參數(shù)的最優(yōu)化整定，容易產(chǎn)生振蕩和大超調(diào)，而且調(diào)節(jié)時(shí)間往往較長(zhǎng)。而智能PID控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)法如遺傳算法（GA）、粒子群算法（PSO）等在高階系統(tǒng)或者帶純滯后環(huán)節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中則容易陷入早熟現(xiàn)象而無(wú)法獲得全局最優(yōu)值，從而使得被控系統(tǒng)無(wú)法獲得滿意的控制效果。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目標(biāo)是，提供一種基于粒子群膜算法的PID控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是，基于粒子群膜算法的PID控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

A、初始化算法參數(shù)，包括基本膜數(shù)量m，慣性權(quán)重w、加速度因子c₁,c₂、維數(shù)D、算法結(jié)束條件和膜結(jié)構(gòu)，m為自然數(shù)，m≥1；

B、初始化種群，產(chǎn)生一個(gè)由n個(gè)粒子組成的在D維空間里按照一定速度飛行的粒子種群，并隨機(jī)初始化每個(gè)粒子的位置x、飛行速度v和粒子的飛行區(qū)間，然后將該種群中各個(gè)粒子隨機(jī)分配到m層基本膜中，并保證每層基本膜內(nèi)至少有一個(gè)粒子個(gè)體且表層膜中不包含任何粒子；初始化如下：

w₀＝λ，

w1=q1q2q3...qn1]]>，1≤n₁＜n-m+1，

w2=qn1+1qn1+2...qn2]]>，n₁+1≤n₂＜n-m+2，

……