【正文】 10 kpid(i, 1) = TempE(i, 1) kpid(i, 2) = TempE(i, 2) kpid(i, 3) = TempE(i, 3) Next i = kg Call MMI1 39。 圖 42 測試所用人機(jī)界面 編碼 對于本一階系統(tǒng)，在 VB 中的實(shí)現(xiàn)如下，由計(jì)算機(jī)在規(guī)定的范圍內(nèi)即KP[020],KI[01]， KD[01]之間隨機(jī)產(chǎn)生十個(gè)種群作為原始的值進(jìn)行進(jìn)化。選用式 3 作為參數(shù)選取的最優(yōu)性能指標(biāo) : (3) 按照要求，加入了超調(diào)懲罰功能。x(2) = (eerror(k) error_1) / Ts 39。Avoiding deviding zero Next i For i = 1 To 10 fi(i) = 1 / Ji(i) Next i 39。Let BestS=E(m), m is the Indexfi belong to max(fi) For i = 1 To 10 If ffi(i) = fi(10) Then BestS(1) = kpid(i, 1) BestS(2) = kpid(i, 2) BestS(3) = kpid(i, 3) End If Next i End Sub 復(fù)制 Private Sub SARP() 39。 圖 43 基于遺傳算法的 PID 控制系統(tǒng) 由圖可見，采用遺傳算法的 PID 控制，調(diào)節(jié)時(shí)間只需要 65 拍，并且可以做到無超調(diào)。遺傳算法只需適應(yīng)值和串編碼等通用信息，故幾乎可處理任何問題。以下是其他條件相同的條件下不同的限幅值 得出的不同結(jié)果。 G=100 SIZE=30 時(shí) 執(zhí)行次數(shù) M＝ 3000*N G=30 SIZE=10 時(shí) 執(zhí)行次數(shù) M=300*N 縮小了近十倍。遺傳算法做為一種比較新的算法，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對遺傳算法的程序編制與改進(jìn)方面有了一定的經(jīng)驗(yàn)，對限幅值，種群，代數(shù)以及交叉概率對控制效果的影響有了深刻的認(rèn)識，能夠很快根據(jù)要求改進(jìn)程序中的幾個(gè)參數(shù)來滿足控制要求。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 46 參考文獻(xiàn) [1].段明祥，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展策略，工業(yè)控制計(jì)算機(jī) ,2001。在程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試過程對遺傳算法有了進(jìn)一步的認(rèn)識。因此值得對其進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以期得到更好的效果。 限幅值 倍 PC＝ SIZE＝ 30 見圖 54 限幅值 10 倍 PC＝ SIZE＝ 10 見圖 55 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 圖 54 限幅值 倍 PC＝ SIZE＝ 30 圖 55 限幅值 10 倍 PC＝ SIZE＝ 10 41 代數(shù)與種群的綜合考慮 盡管種群的減少大大的減少了 PID 的執(zhí)行次數(shù)，但是其總的執(zhí)行次數(shù)還是驚人的，為了進(jìn)一步使它更具有實(shí)用性，將代數(shù)減為 30 代，這樣總執(zhí)行次數(shù)進(jìn)一步減少了。原則上，限幅值應(yīng)為 2 到 10 倍的設(shè)定控制值，在本例中即設(shè)定的溫度 rin。 2．遺傳算法求解時(shí)使用特定問題的信息極少，容易形成通用算法程序。主程序見附錄。Arranging fi bigger to small 39。D, error_2 = error_1 error_1 = eerror(k) If s = 0 Then If yout(k) And yout(k) Then tu = timef(k) s = 1 End If End If Next k For i = 1 To P Ji(i) = * Abs(eerror(i)) + * u(i) ^ 2 * B = B + Ji(i) If i 1 Then erry(i) = yout(i) yout(i 1) End If If erry(i) 0 Then B = B + 100 * Abs(erry(i)) End If Next i BsJ = B + * tu * 10 BsJi(j) = BsJ Next j End Sub 適應(yīng)值評估 Private Sub evaluate() 39。x(1) = eerror(k) 39。I,參數(shù)整定范圍 For i = 1 To 10 kpid(i, 1) = minx(1) + (MaxX(1) minx(1)) * Rnd Next i For i = 1 To 10 kpid(i, 2) = minx(2) + (MaxX(2) minx(2)) * Rnd Next i For i = 1 To 10 kpid(i, 3) = minx(3) + (MaxX(3) minx(3)) * Rnd Next i End Sub PID 控制 為獲取滿意的過度過程動(dòng)態(tài)特性，采用誤差絕對值時(shí)間積分性能指標(biāo) ITAE 作為參數(shù)選擇的最小目標(biāo)函數(shù)。這樣可以一步步調(diào)試各個(gè)子程序。選擇復(fù)制 Call CROSSOVER 39。最后得出最優(yōu)的結(jié)果。 設(shè)被控對象的傳遞函數(shù)為： 。而上升時(shí)間反映了系統(tǒng)的快速性，上升時(shí)間越短，控制進(jìn)行的就越快，系統(tǒng)的品質(zhì)也就越好。從而使尋優(yōu)速度更快，避免了過早陷入局部最優(yōu)解。 2） 人工智能方法，例如，采用專家系統(tǒng)技術(shù)或神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 （ 3） 系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)偏差消除太慢。 3） 常見情況分析 采用 PID 控制算法的控制系統(tǒng)，若出現(xiàn)下列現(xiàn)象，請問應(yīng)如何整定 PID 參數(shù) 。 T 采 ：由采樣定理確定的采樣周期。 因此，比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差 [7]。 一、比例（ P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。另例，當(dāng)一臺真正的全自動(dòng)洗衣機(jī)具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動(dòng)切斷電源，它就是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。還有可以實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的控制器，如 Rockwell 的Logix 產(chǎn)品系列，它可以直接與 ControlNet 相連，利用網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹑輸入輸出接口。一般取 Pm＝ 0 .01— 0． 2。 2．適應(yīng)函數(shù)的確定 適應(yīng)函數(shù) (fitness function)也稱對象函數(shù) (object function)，這是問題求解 品質(zhì)的測 量函數(shù)；往往也稱為問題的 “ 環(huán)境 ” 。但是，它能保證算法過程不會產(chǎn)生無法進(jìn)化的單一群體。這個(gè)過程反映了隨機(jī)信息交換；目的在于產(chǎn)生新的基因組合，也即產(chǎn)生新的個(gè)體。 (1)適應(yīng)度 較高的個(gè)體，繁殖下一代的數(shù)目較多。一般取 n＝ 3010 位的二進(jìn)制串可以表示從 0～ 1023 之間的 1024 個(gè)不同的數(shù)，故將 x1， x2 的定義域離散化為 1023 個(gè)均等的區(qū)域，包括兩個(gè)斷點(diǎn)在內(nèi)共有 1024 個(gè)不同的點(diǎn)。重復(fù)上述選擇和繁殖過程，直到結(jié)束條件得到滿足為止。同生物界一樣， GA 中變異發(fā)生的概率很低，通常取值在 ~ 之間。不同的問題，適應(yīng)性函數(shù)的定義方式也不同。另外，可以證明，采用二進(jìn)制編碼式，算法處理的模式最多。 1975 年， Holland 的經(jīng)典著作《自然和人工系統(tǒng)中的適應(yīng)性》出版，系統(tǒng)闡述了遺傳算法的基本理論和方法。但是， 在具體問題中，直接采用解空間的形式進(jìn)行編碼，可以直接在解的表現(xiàn)型上進(jìn)行遺傳操作，從而易于引入特定領(lǐng)域的啟發(fā)式信息，可以取得比二進(jìn)制編碼更高的效率。 1983 年， Holland 的學(xué)生 Goldberg 將遺傳算法應(yīng)用于管道煤氣系統(tǒng)的優(yōu)化，很好地解決了這一非常復(fù)雜的問題。其中，選擇、交叉和變異構(gòu)成了遺傳算法的遺傳操作；參數(shù)編碼、初始群體 的設(shè)定、適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計(jì)、遺傳操作設(shè)計(jì)、控制參數(shù)設(shè)定五個(gè)要素組成了遺傳算法的核心內(nèi)容。因此，凡是在生存斗爭中獲勝的個(gè)體都是對環(huán)境適應(yīng)性比較強(qiáng)的。 PID 控制器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)組合優(yōu)化問題。雖然可以取得很好的仿真效果，但畢竟缺少使用性。 6. Active 技術(shù) 。 , 包含三種版本（學(xué)習(xí)版、專業(yè)版和企業(yè)版） 英文 Visual 的意思是 “ 視覺的 ” ， “ 可視的 Baisc” 這個(gè)名字可能抽象了點(diǎn)，但實(shí)際上它卻是最直觀的編 程方法，之所以叫做 “ 可視 ” ，你只要看到 VB的界面就會明白，實(shí)際上你無需編程，就可以完成許多步驟。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它設(shè)計(jì)技術(shù)難以使用，系統(tǒng)的控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID 控制技術(shù)最為方便。1 第一章 緒論 課題研究對象 PID 控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單，魯棒性好及可靠性高，被廣泛應(yīng)用于過程控制與運(yùn)動(dòng)控制中，尤其適用于可建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性系統(tǒng)。 PID 控制器問世至今已有近 60 年的歷史了，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整 方便而成為工業(yè)控制主要和可靠的技術(shù)工具。 1991 年推出 ， 199 199 199 199 1998,2000 相繼推出： , , , , ,()版本。 5. 支持多種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的訪問 。主要是采用 MATLAB 進(jìn)行編程仿真。同時(shí)優(yōu)化是基于模型，對模型響應(yīng)的評價(jià)大大加快，可以在較短的時(shí)間得到最優(yōu)化結(jié)果。在生存斗爭中，具有有利變異的個(gè)體容易存活下來，并且有更多的機(jī)會將有利變異傳給后代；具有不利變異的個(gè)體就容易被淘汰，產(chǎn)生后代的機(jī)會也少的多。遺傳算法以一種群體中的所有個(gè)體為對象，并利用隨機(jī)化技術(shù)指導(dǎo)對一個(gè)被編碼的參數(shù)空間進(jìn)行高效搜索。 進(jìn)入 80 年代后，遺傳算法得到了迅速發(fā)展，不僅理論研究十分活躍，而且在越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域中得到應(yīng)用。另外，可以證明，采用二進(jìn)制編碼式，算法處理的模式最多。 1967 年， Bagley 的論文中首次提出了遺傳算法這一術(shù)語。它可以是位串、實(shí)數(shù)、有序串、樹或圖， Holland 最初的遺傳算法是基于二進(jìn)制串的，類似于生物染色體結(jié)構(gòu)，易于用生物遺傳理論解釋，各種遺傳操作也易于實(shí) 現(xiàn)。 適應(yīng)性值評估檢 測：適應(yīng)性函數(shù)表明個(gè)體或解的優(yōu)劣性。 變異：變異首先在群體中隨機(jī)選擇一個(gè)個(gè)體，對于選中的個(gè)體以一定的概率隨機(jī)地改 變串結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中某個(gè)串的值。這樣通過選擇和繁殖就產(chǎn)生了下一代群體。 11 遺傳算法中一般有以下幾種編碼方式 o 二進(jìn)制編碼 o實(shí)型編碼 o 有序編碼 o變長串編碼 o 樹型編碼 下面主要介紹二進(jìn)制編碼和實(shí)型編碼方式 二進(jìn)制編碼：用長度為 10 位的二進(jìn)制編碼串分別表示兩個(gè)決策變量 x1 和 x2。這個(gè)初始的群體也就是問題假設(shè)解的集合。以為選中 bi 為下一代個(gè)體的次數(shù)。在選中的位置實(shí)行交換。 對其的第 1， 4 位置的基因進(jìn)行變異，則有 S\’=001111 單靠變異不能在求解中得到好處。串長度及編碼形式對算法收斂影響極大。變異概 率 Pm 太小時(shí)難以產(chǎn)生新的基因結(jié)構(gòu)，太大使遺傳算法成了單純的隨機(jī)搜索。自動(dòng)控制系 統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 可編程控制器 (PLC) 是利用其閉環(huán)控制模塊來實(shí)現(xiàn) PID 控制，而可編程控制器 (PLC)可以直接與 ControlNet 相連，如Rockwell 的 PLC5 等。如果沒有眼睛，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)19 控制系統(tǒng)。 、 、 分別為控制器的比例、積分、微分系數(shù)。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。 ＰＩＤ 數(shù)字控制器的參數(shù)整定 一．采樣周期Ｔ的選擇 Ｔ的選擇范圍： Tmin T T 采 Tmax 其中 Tmin：應(yīng)不小于控制程序執(zhí)行時(shí)間＋執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間＋傳感器的反應(yīng)時(shí)間 此外還要考慮計(jì)算精度等。） （ 3）．若快速性不滿足要求，則適當(dāng)增大微分系數(shù) KD。②但若發(fā)現(xiàn)減小 KP超調(diào)反而變大，同時(shí)系統(tǒng)又有響應(yīng)遲緩現(xiàn)象，則應(yīng)適當(dāng)增大 比例系數(shù) KP。 3. 擴(kuò)充響應(yīng)曲線法 （基本步驟） 1） 設(shè)一給定值并給一階躍輸入信號； 2） 測響應(yīng)曲線； 3） 用圖解法求 ?與 Tm； 4. 基于數(shù)學(xué)模型的方法 （二階工程設(shè)計(jì)法） 5. 自整定方法 1） 控制理論 方法，例如，自校正 ＰＩＤ控制算法 。 （ 3）遺傳算法是從多點(diǎn)開始并行操作，在解空間具有高效啟發(fā)式搜索，克服了從單點(diǎn)出發(fā)的弊端及搜索的盲目性。衡量一個(gè)控制系統(tǒng)的指標(biāo)有三個(gè)，即穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。 PID 控制程序的調(diào)試可采用仿真調(diào)試法，即物理仿真調(diào)試或數(shù)字仿真調(diào)試。參數(shù) KP 的取值范圍為 [0,20]， KI 和 KD