[發明專利]一種基于粒子群優化算法的輸入整形器參數自整定控制方法

有效

• 申請號: 201410108735.6
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103885338A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 蔡力鋼;張森;劉志峰;許博
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種基于粒子群優化算法的輸入整形器參數自整定控制方法，其特征在于：在離線的狀態下，運用粒子群優化算法對雙脈沖的輸入整形器進行優化，得到其最優參數，然后運用得到的最優輸入整形器對執行機構前饋控制，該方法包括如下具體步驟，

S1對原始系統輸入速度信號x(t)，驅動機械系統運動，運用編碼器從系統輸出軸采集到其速度曲線v(t)和最終穩定速度u；

S2根據系統輸出軸的穩定速度u，采用粒子群優化算法得到雙脈沖輸入整形器的參數，雙脈沖輸入整形器的頻域表達式為其中A_i和t_i分別是脈沖序列的幅值及其所對應的時滯，由時間最優可令t₁＝0，則得公式為：為使系統輸出達到穩定速度u，添加約束方程A₁+A₂＝1,A_i＞0；

所述粒子群優化算法的過程如下，

S2.1初始化并設置輸入整形器相關參數；包括A₁、A₂和t₂的取值范圍，由于A₁+A₂＝1,A_i＞0，故A₂的取值范圍[0～1],A₁＝1-A₂;t₂的選取比較重要，因為過大的t₂的取值范圍會使粒子群算法早熟，陷入局部極小值，然而過小的取值范圍優化時會漏掉最優解，要首先根據系統的模型來估算信號的延時時間，多質轉動平臺的延時較小，故給定t₂的取值范圍為[0～5]；

設置粒子群相關參數；包括確定粒子群的規模數m=100，粒子搜索空間維數D=2（即A₂、t₂兩個粒子），迭代次數k最大為60，搜索空間范圍(L_d＝[0?0]、U_d＝[0?0]，即根據A₂、t₂范圍確定)，學習因子c₁＝c₂＝2，慣性權重范圍w_min＝0.6，第i個粒子個體最優位置為其中為所有中的最優，隨機初始化每個粒子的位置和速度；

S2.2將每個粒子的位置向量依次作為輸入整形器參數，依次對采集回來的速度運動曲線進行仿真，得到仿真曲線；根據仿真曲線計算每個粒子的適應度值，并將其作為衡量粒子位置優劣的依據；設置適應度函數為

minJ=∫0∞|v(t)-u|dt+ftr]]>

式中，v(t)為仿真曲線的瞬時速度，u為系統輸出軸最終穩定速度，ftr為一較大的懲罰函數值，具體定義為

ftr=ktfalsetrtrue]]>

其中，t_r為仿真曲線上升時間，當在指定仿真周期內沒有達到上升時間時，ftr為一較大的懲罰函數值；當時間達到上升時間時，ftr取值為t_r；

S2.3根據適應度函數計算每一個粒子的適應度值，如果該粒子的適應度值小于粒子自身以前的適應度值，則用該粒子的當前位置替換如果該粒子適應度值小于粒子群以前的適應度值，則用該粒子的位置替換

S2.4對每個粒子的速度和位置進行更新，第k次循環時，此時第i個粒子位置矢量為飛行速度為當前粒子個體最優位置為pidk=(pi1k,pi2k,...,pid,k...piDk),]]>當前全局最優位置為pgdk=(pg1k,pg2k,...,pgd,k...pgDk)]]>（d＝1,2...,D），則第k+1次循環時，第i個粒子速度迭代方程為vidk+1=wvidk+c1r1(pidk-xidk)+c2r2(pgdk-xidk),]]>位置矢量迭代方程xidk+1=xidk+vidk+1;]]>

S2.5當k達到設定的迭代次數后，結束滾動優化過程，輸出參數優化值；否則，轉到步驟S2.2；

S3運用得到的最優整形器對執行機構進行前饋控制。

2.根據權利要求1所述的一種基于粒子群優化算法的輸入整形器參數自整定控制方法，其特征在于：所述為所有中的最優為全局最優。