[發(fā)明專利]一種性能可控PID控制器參數(shù)優(yōu)化整定方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711265793.X
• 申請(qǐng)日: 2017-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN108181802A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雎剛;邵恩澤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B11/42
• 分類號(hào): G05B11/42
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種性能可控PID控制器參數(shù)優(yōu)化整定方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)由被控過程和PID控制器構(gòu)成單回路負(fù)反饋仿真控制系統(tǒng)，建立PID控制器傳遞函數(shù)；

(2)采用遺傳算法優(yōu)化PID控制器參數(shù)比例系數(shù)K_P、積分系數(shù)K_I和微分系數(shù)K_D。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種性能可控PID控制器參數(shù)優(yōu)化整定方法，其特征在于：步驟(1)具體步驟如下：

過程輸出為y(t)，輸入為PID控制器的輸出u(t)，PID控制器的輸入為過程輸出設(shè)定值r與y(t)之差e(t)，t為時(shí)間，過程傳遞函數(shù)為G(s)，PID控制器傳遞函數(shù)為：

s為復(fù)數(shù)域內(nèi)的復(fù)變量，K_P為比例系數(shù)，K_I為積分系數(shù)，K_D為微分系數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種性能可控PID控制器參數(shù)優(yōu)化整定方法，其特征在于：步驟(2)具體步驟如下：

(2.1)設(shè)置PID控制器參數(shù)K_P、K_I和K_D的優(yōu)化搜索范圍：

利用步驟(1)構(gòu)成的單回路負(fù)反饋控制系統(tǒng)，通過設(shè)定值r作單位階躍擾動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)，采用臨界比例帶法，得到K_P、K_I和K_D的一組整定參數(shù)K_P0、K_I0和K_D0，PID控制器的三個(gè)參數(shù)的優(yōu)化值搜索范圍分別設(shè)為：K_P∈(0,β_P·K_P0)，K_I∈(0,β_I·K_I0)，K_D∈(0,β_D·K_D0)，其中β_P、β_I和β_D分別為大于1的實(shí)數(shù)，取值均為5-10之間的值；

(2.2)采用新型性能指標(biāo)計(jì)算遺傳算法適應(yīng)度函數(shù)值f：

設(shè)定值r作單位階躍擾動(dòng)，通過仿真采用下式計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)值：

其中，c為大于0的常數(shù)，J為新型積分優(yōu)化性能指標(biāo)：

式中，k為采樣時(shí)刻，e(k)為k時(shí)刻設(shè)定值r與過程輸出y之差，ce(k)為k時(shí)刻e(k)的變化率，

T為采樣周期，λ為大于0的實(shí)數(shù)，N為正整數(shù)，滿足N*T時(shí)間大于過程階躍響應(yīng)從變化到穩(wěn)定所需的時(shí)間；

(2.3)采用遺傳算法進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化：

以K_P、K_I和K_D三個(gè)變量作為個(gè)體，按照步驟(2.2)的方法計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)值，采用遺傳算法在步驟(2.1)設(shè)置的范圍內(nèi)進(jìn)行迭代尋優(yōu)計(jì)算，迭代優(yōu)化后種群中適應(yīng)度函數(shù)值最大的個(gè)體即為PID控制器三個(gè)參數(shù)K_P、K_I和K_D的優(yōu)化整定值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種性能可控PID控制器參數(shù)優(yōu)化整定方法，其特征在于：所述的PID控制器參數(shù)優(yōu)化整定方法提出的性能指標(biāo)表達(dá)式如下：

式中，ce(t)為偏差變化率，λ為權(quán)系數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種性能可控PID控制器參數(shù)優(yōu)化整定方法，其特征在于：通過調(diào)整λ的取值可有效地改變最終的優(yōu)化性能，增大λ可降低PID控制器的控制速度，系統(tǒng)超調(diào)量減小；減小λ可加快PID控制器的控制速度，系統(tǒng)超調(diào)量增大。