[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

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• 申請日: 2017-12-05
• 公開（公告）號: CN108181802A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雎剛;邵恩澤
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: 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

本發(fā)明公開了一種性能可控PID控制器參數(shù)優(yōu)化整定方法。該方法首先根據(jù)被控過程的傳遞函數(shù)，采用傳統(tǒng)的臨界比例帶法整定PID控制器的三個參數(shù)比例系數(shù)K_P、積分系數(shù)K_I和微分系數(shù)K_D，根據(jù)整定結(jié)果確定K_P、K_I和K_D參數(shù)的優(yōu)化值搜索范圍；然后基于由偏差和偏差的變化率構(gòu)成的新型優(yōu)化性能指標(biāo)及其相應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)，采用遺傳算法優(yōu)化PID控制器的三個參數(shù)K_P、K_I和K_D。本發(fā)明提供的方法可通過改變優(yōu)化性能指標(biāo)中的偏差變化率的權(quán)重，方便、有效地調(diào)整優(yōu)化效果，及最終的PID控制器的控制性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種性能可控PID控制器參數(shù)優(yōu)化整定方法。

背景技術(shù)

PID控制器由于算法簡單、魯棒性好，因而在過程控制中得到廣泛應(yīng)用。PID控制器參數(shù)優(yōu)化整定的性能取決于優(yōu)化性能指標(biāo)。一般采用的是如下一類的偏差積分型性能指標(biāo)：

該類指標(biāo)的不足是最終的優(yōu)化性能不可調(diào)整。盡管提出一些基于上述指標(biāo)的改進(jìn)型指標(biāo)，如分段積分等，但優(yōu)化性能對性能指標(biāo)中的參數(shù)不敏感，未能很好地解決如何有效調(diào)整最終優(yōu)化效果的問題，不利于工程應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為解決上述問題，本發(fā)明提出一種性能可控PID控制器參數(shù)優(yōu)化整定方法，通過改變新型優(yōu)化性能指標(biāo)中的偏差變化率的權(quán)系數(shù)，方便、有效地調(diào)整最終的優(yōu)化整定效果。

技術(shù)方案：一種性能可控PID控制器參數(shù)優(yōu)化整定方法，包括以下步驟：

(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)，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)；

(2)采用遺傳算法，按如下步驟優(yōu)化PID控制器參數(shù)K_P、K_I和K_D：

(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，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)：