[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于自適應(yīng)果蠅優(yōu)化算法的PID參數(shù)優(yōu)化方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710667367.2
• 申請(qǐng)日: 2017-08-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107367937A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李明輝;曹澤;楊星奎;陳周林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61215
• 代理人: 王晶

1.一種基于自適應(yīng)果蠅優(yōu)化算法的PID參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，具體包括以下兩部分：

(1)適應(yīng)度函數(shù)的選取

為了獲取理想的動(dòng)態(tài)特性，采用誤差絕對(duì)值的時(shí)間積分性能指標(biāo)作為最小目標(biāo)函數(shù)，為了防止控制能量過(guò)大，引入控制輸入平方項(xiàng)，則目標(biāo)函數(shù)為：

J=∫0∝(ω1|e(t)|+ω2u2(t))dt---(1)]]>

其中，e(t)為輸入量rin(t)和PID控制輸出yout(t)之間的誤差值，u(t)為控制器輸出，ω₁和ω₂為權(quán)值常數(shù)，在[0,1]之間；

為了避免超調(diào)，采用一定的懲罰控制，將超調(diào)量作為最優(yōu)指標(biāo)的一項(xiàng)，此時(shí)最有指標(biāo)為：

當(dāng)e(t)＜0時(shí)，

J=∫0∝(ω1|e(t)|+ω2u2(t)+ω3|e(t)|)dt---(2)]]>

其中，ω₃為權(quán)值，且ω₃＞＞ω₁，一般情況下，ω₁＝0.999，ω₂＝0.001，ω₃＝100；

(2)PID控制器的IFOA算法設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)PID參數(shù)整定的IFOA算法步驟如下：

Step 1、設(shè)置果蠅種群大小sizepop及最大迭代次數(shù)maxgen，并初始化果蠅個(gè)體的位置X_axis，其中，每個(gè)果蠅的位置由比例、積分、微分三個(gè)控制參數(shù)組成：

X_axis＝[K_p K_i K_d] (3)

由于果蠅種群的多樣性，可以根據(jù)實(shí)際工程背景設(shè)定K_p、K_i、K_d的取值范圍，初始位置在相應(yīng)范圍內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生；

Step 2、給出果蠅個(gè)體利用嗅覺(jué)搜尋實(shí)物的隨機(jī)方向和距離為：

X_i＝X_axis+ω×(2×rand()-1) (4)

ω為搜索半徑，初始值設(shè)定為ω＝1；rand()是[0,1]區(qū)間服從均勻分布的隨機(jī)數(shù)；

Step 3、設(shè)置半徑調(diào)節(jié)系數(shù)λ，令ω＝ω×λⁱ，i為當(dāng)前迭代次數(shù)，保證迭代次數(shù)越大，搜索范圍越小；

Step 4、令氣味濃度判定值S_i＝X_i，根據(jù)公式(1)、(2)計(jì)算氣味濃度的適應(yīng)度值：

Smell_i＝function(X_i)(5)

Step 5、從果蠅群體中找到味道濃度最優(yōu)的濃度和個(gè)體；

[bestSmell bestIndex]＝min(Smell_i)(6)

Step 6、記錄并保留最優(yōu)濃度以及最優(yōu)的X_axis[K_p K_i K_d]，這時(shí)候果蠅利用視覺(jué)向該位置飛去；

Smellbest＝bestSmell

X_axis＝X(bestIndex)(7)

Step 7、進(jìn)入迭代尋優(yōu)，將步驟2～5循環(huán)進(jìn)行，判斷當(dāng)前最佳濃度是否優(yōu)于前一次最佳濃度，并且當(dāng)前迭代次數(shù)是否小于最大迭代次數(shù)；若是則記錄下來(lái)；

通過(guò)程序執(zhí)行，自適應(yīng)果蠅優(yōu)化算法結(jié)果輸出最優(yōu)個(gè)體氣味濃度適應(yīng)度值Smell_best以及PID最優(yōu)參數(shù)X_best(K_p K_i K_d)；

該算法以誤差絕對(duì)值和控制輸入平方項(xiàng)的時(shí)間積分作為優(yōu)化目標(biāo)，目標(biāo)最小值對(duì)應(yīng)的PID三個(gè)參數(shù)為最優(yōu)值。