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《pid參數(shù)優(yōu)化算法研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、PID參數(shù)優(yōu)化算法研究陜西科技大學(xué)何佳佳【摘要】PID參數(shù)優(yōu)化是自動控制領(lǐng)域研究的一個重要問題。本文主要介紹了PID參數(shù)優(yōu)化算法以及近年來在此方面取得的的研究成果，并對未來PID參數(shù)優(yōu)化的研究方向作了展望。【關(guān)鍵詞】PID控制；算法；參數(shù)優(yōu)化StudyofalgorithmsonPIDparameteroptimizationHEJiajia,HOUZai-enAbstract:PIDparameteroptimizationisanimportantprobleminautomaticcontrol
2、lingfield.TheAlgorithmsofPIDparameteroptimizationandthelatestachievementsinthisaspectaremainlyintroducedinthispaper,andthefuturedirectionsofPIDparameteroptimizationarealsodiscussed.Keywords:PIDcontrol;algorithm;parameteroptimization 1引言PID控制即比例-積分-微分(Pr
3、oportion-Integral-Derivative)控制，它是建立在經(jīng)典控制理論上的一種控制策略。在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或精確的數(shù)學(xué)模型難以建立，或控制理論的技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時最常用的就是PID控制。即使我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，也適合采用PID控制技術(shù)。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。它是迄今為止歷史最悠久，生命
4、力最強的控制方式，國內(nèi)外95%[1]以上的控制回路仍然采用PID結(jié)構(gòu)。在控制理論和技術(shù)飛躍發(fā)展的今天，PID控制器仍被廣泛應(yīng)用主要是因為其控制結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性能好，可靠性高，易于實現(xiàn)等優(yōu)點，而且許多高級控制都是以PID控制為基礎(chǔ)的。而PID控制效果完全取決于PID參數(shù)的整定與優(yōu)化，因此，PID參數(shù)的整定[2-6]與優(yōu)化算法顯得尤為重要。為了實現(xiàn)最優(yōu)PID控制，PID參數(shù)優(yōu)化算法已成為國內(nèi)外控制理論研究的一個熱點，由于單純形法[7-8]等算法運算量大，而且極易陷入局部最優(yōu)[9]，因此需要找一種簡單而高效
5、的PID參數(shù)優(yōu)化算法。近年來，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，一些新的智能算法得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，特別是模擬進化算法，在理論研究和應(yīng)用研究方面都相當(dāng)活躍。目前，對PID參數(shù)優(yōu)化算法的研究仍在繼續(xù)，許多期刊不斷地發(fā)表新的研究成果。本文主要介紹了五種PID參數(shù)優(yōu)化算法，并對PID參數(shù)優(yōu)化算法的發(fā)展作一綜述。2PID參數(shù)優(yōu)化簡介PID控制器由比例，積分和微分環(huán)節(jié)組成，其控制規(guī)律可表示為：（1）將式（1）寫成傳遞函數(shù)形式：（2）其中，為比例系數(shù)；為積分時間常數(shù)；為微分時間常數(shù)。PID參數(shù)優(yōu)化通常由兩部分組成，分別
6、為目標(biāo)函數(shù)與優(yōu)化算法的選取。PID參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)通常是控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的定量描述，而控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)通常包括動態(tài)和靜態(tài)兩個方面。動態(tài)性能指標(biāo)用于反應(yīng)控制系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)情況，體現(xiàn)在：（1）控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性或控制精度，通常用穩(wěn)態(tài)誤差來描述，它表示系統(tǒng)輸出穩(wěn)態(tài)值與期望值之差[3]；（2）響應(yīng)的快速性，通常用上升時間（系統(tǒng)輸出值第一次達到穩(wěn)態(tài)值的時間）來定量描述；（3）控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通常用超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間來描述。PID控制器的比例環(huán)節(jié)可以縮短系統(tǒng)響應(yīng)時間，積分環(huán)節(jié)可以減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，微分環(huán)節(jié)可以改
7、善系統(tǒng)超調(diào)量，因此，可以通過調(diào)整，，這三個參數(shù)來改善動態(tài)性能指標(biāo)，使系統(tǒng)的控制性能達到給定的要求。從優(yōu)化的角度來說，就是在這三個變量的參數(shù)空間尋找最優(yōu)值，使系統(tǒng)的控制性能達到最優(yōu)。3PID參數(shù)優(yōu)化算法3.1基于遺傳算法的PID參數(shù)優(yōu)化遺傳算法(GeneticAlgoricthm-GA)是一種新發(fā)展起來的優(yōu)化算法，它起源于60年代對自然和人工自適應(yīng)系統(tǒng)的研究。從60年代起，密執(zhí)根大學(xué)的Hollstien，Bagley和Rosenberg等人的博士論文即與遺傳算法密切相關(guān)，而JohnH.Holland教授
8、1975年出版的《AdaptationinNatualandArtificialSystems》[11]一書被認(rèn)為是遺傳算法的經(jīng)典之作，該書給出了遺傳算法的基本定理，并給出了大量的數(shù)學(xué)理論證明。DavidE.Goldberg教授1989年出版的《GeneticAlgorithms》[12]一書通常認(rèn)為是對遺傳算法的方法、理論及應(yīng)用的全面系統(tǒng)的總結(jié)，它的出版標(biāo)志著遺傳算法的誕生。遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進化進程而形成的一種自適應(yīng)全局優(yōu)化概率搜
