[發明專利]一種基于差分進化算法的電液伺服系統PID參數優化方法

在審

• 申請號: 202110263019.5
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112947057A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 王國鋒;韓文華;盛延亮;耿鶴;叢君宇;余星辰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉子文

1.一種基于差分進化算法的電液伺服系統PID參數優化方法，其特征在于，以待尋優的比例系數K_P、積分系數K_I和微分系數K_D三個參數為分量構成一個三維行向量，進行浮點數編碼，組成差分進化算法的個體，以系統性能指標的倒數作為差分進化算法的適應度函數，采用最大迭代次數為終止條件；當運行到指定的迭代次數之后就停止運行，并將當前群體中的最佳個體作為PID參數的最優解；具體包括以下步驟：

步驟一、建立電液伺服系統數學模型，確定電液伺服系統內各配件的尺寸及性能參數；

步驟二、確定PID控制器比例系數K_P、積分系數K_I和微分系數K_D的范圍；

步驟三、設置參數，包括群體規模M、變異因子F、交叉因子CR、最大迭代次數G；

步驟四、種群初始化，在三維空間中隨機生成位于待整定參數可行范圍內的M個個體，每個個體對應一組可行的PID控制器參數；

步驟五、計算種群個體適應度，求出最優適應度和最優個體；

步驟六、變異操作，把種群中任意兩個個體的向量差加權并乘以變異因子F后再與第三個個體求和來產生變異個體；

步驟七、交叉操作，將變異個體與當代種群中某個預先決定的個體進行交叉操作生成試驗個體，增加群體中個體的多樣性；

步驟八、選擇操作，在某個預先決定的個體和試驗個體之間選擇適應值較優的個體，通過不斷地迭代計算，保留優良個體，淘汰劣質個體，引導搜索過程向最優解逼近；

步驟九、重復步驟五至步驟八，直至達到最大迭代次數G。

2.根據權利要求1所述一種基于差分進化算法的電液伺服系統PID參數優化方法，其特征在于，步驟五中采用誤差絕對值時間積分性能指標作為待優化參數K_P、K_I、K_D選擇的最小目標函數；參數選取的最優指標J為：

式中：e(k)為系統誤差，u(k)為控制器輸出，ω₁、ω₂為權值，T_S為采樣時間；

為避免超調，采用懲罰功能，即一旦產生超調，將超調量作為最優指標的一項，此時最優指標J為：

式中：ω₃為權值。

3.根據權利要求1所述一種基于差分進化算法的電液伺服系統PID參數優化方法，其特征在于，電液伺服系統內各配件包括泵站、電液伺服閥、液壓缸、位移傳感器、控制器和放大器。