【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 索引，是一個(gè)[a,a]之間的一個(gè)隨機(jī)數(shù)，a決定了臨域搜索的區(qū)間度。當(dāng)產(chǎn)生新的食物源之后，會(huì)計(jì)算出它的適應(yīng)值，并且在和之間應(yīng)用貪心法做出選擇。解的適應(yīng)值應(yīng)保持非負(fù)，如果有負(fù)值的情況，可以通過下式轉(zhuǎn)化為最小化問題來(lái)求解： (23)其中是待解問題的目標(biāo)函數(shù)值(對(duì)應(yīng)蜜源的適應(yīng)度值)。 觀察蜂時(shí)期 觀察蜂時(shí)期：觀察蜂是非雇傭蜂的其中一種。觀察蜂會(huì)進(jìn)入巢穴中分享等待他們的雇用蜂的食物源信息。觀察蜂會(huì)根據(jù)這些信息進(jìn)行一種隨機(jī)的選擇。為此，需要一種基于適應(yīng)值的選擇方法，如輪盤賭。被選中的概率可以用下述表達(dá)式計(jì)算： (23) 或 (24)當(dāng)食物源被一只觀察蜂選中后，利用(22)式產(chǎn)生鄰居食物源，再計(jì)算其適應(yīng)值。在雇傭蜂時(shí)期，在和之間用貪心法來(lái)做出選擇。因此，更多的觀察蜂會(huì)選擇富源并反饋回積極信號(hào)。 偵查蜂時(shí)期偵查蜂時(shí)期：偵察蜂是另一種非雇用蜂。這種蜜蜂是的工作就是隨機(jī)搜索食物源。如果雇傭蜂通過實(shí)現(xiàn)給定的嘗試次數(shù)之后，仍然未能提高解的質(zhì)量，則雇傭蜂就變成為偵察蜂，其擁有的解就會(huì)被放棄。（嘗試次數(shù)是由ABC使用者事先給定的，稱為 “放棄閾值”（abandonment criteria））轉(zhuǎn)換后的偵察蜂開始隨機(jī)搜索新的解，比如，如果被放棄了，那么原來(lái)?yè)碛械墓蛡蚍渚蜁?huì)利用（21）式來(lái)產(chǎn)生新的解。因此那些隨機(jī)產(chǎn)生的貧源或者近期形成的貧源就會(huì)被放棄，產(chǎn)生消極的信號(hào)，以來(lái)平衡積極的信號(hào)。 小結(jié)蜂群智慧的形成有以下幾個(gè)步驟：，即相互交換適應(yīng)度信息。其中第二個(gè)過程是極為關(guān)鍵的。這個(gè)過程中，雇用蜂起到記憶作用，觀察蜂起到篩選作用，偵查蜂起到探索作用?；谶@樣的分工，就很容易達(dá)到局部最優(yōu)，進(jìn)而達(dá)到整體最優(yōu)。這類似于牛頓迭代法，通過無(wú)限次的迭代，找到最終的最正確的解。同樣，用人工來(lái)模擬這個(gè)過程，就很容易找到最優(yōu)的控制參數(shù)。 第三章 直流電機(jī)PID控制方案的選擇與論證 PID控制及部分參數(shù)指標(biāo)簡(jiǎn)述PID控制就是比例積分微分控制。工業(yè)實(shí)際中的比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。至今，PID控制問世已經(jīng)長(zhǎng)達(dá)七十年之久，由于它的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、相對(duì)較為穩(wěn)定、工作相對(duì)可靠、調(diào)整相對(duì)方便，于是成為了主要的工業(yè)控制技術(shù)之一。如果當(dāng)我們無(wú)法完全掌握被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，或者，我們無(wú)法得到其精確的數(shù)學(xué)模型，這時(shí)，其它控制技術(shù)的理論難以采用，那么，我們只能依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的確定工作，而此時(shí)最方便的方式就是運(yùn)用PID控制。也就是說(shuō)即使我們不能完全了解被控對(duì)象及其控制系統(tǒng)，或者說(shuō)沒有有效的測(cè)量方式來(lái)確定控制系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)時(shí)，PID控制技術(shù)成為不二選擇。PID控制，在實(shí)際中分為PI和PD控制兩種。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 階躍響應(yīng)將一個(gè)階躍信號(hào)輸入系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)一系列的傳遞函數(shù)之后的輸出就叫階躍響應(yīng)。 穩(wěn)態(tài)誤差既然是說(shuō)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，首先必須是系統(tǒng)進(jìn)入了穩(wěn)態(tài)。而這個(gè)誤差就是實(shí)際的輸出與預(yù)先期望值的距離。 上升時(shí)間系統(tǒng)從啟動(dòng)開始到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)終止，這一個(gè)時(shí)間段稱為上升時(shí)間。 控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定性：階躍響應(yīng)是否具有收斂性，是控制系統(tǒng)是否具有穩(wěn)定性的判定依據(jù)。準(zhǔn)確性：穩(wěn)態(tài)誤差值可以用來(lái)作為評(píng)判控制系統(tǒng)準(zhǔn)確性的量化標(biāo)準(zhǔn)?？焖傩裕合到y(tǒng)所用的上升時(shí)間和其快速性能成反比。 PID控制的分類 從控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上來(lái)分，可以將PID控制系統(tǒng)分為以下兩類：開環(huán)控制、閉環(huán)控制。沒有反饋回路的控制叫做開環(huán)控制。由于被控對(duì)象的輸出量沒有經(jīng)過回路反饋進(jìn)行二次輸入，所以不會(huì)影響到控制器的輸入量。有反饋的控制系統(tǒng)叫做閉環(huán)控制系統(tǒng)。分為正反饋和負(fù)反饋。經(jīng)反饋后與輸入信號(hào)產(chǎn)生疊加的叫做正反饋，反之，為負(fù)反饋。有正反饋的控制系統(tǒng)叫正反饋系統(tǒng)，反之亦然。一般的反饋都是負(fù)反饋，比如說(shuō)，恒溫箱，檢測(cè)到箱內(nèi)溫度高，就降低溫度，檢測(cè)到箱內(nèi)溫度低，就升高溫度。下面舉個(gè)幾個(gè)簡(jiǎn)單的例子:，學(xué)生練習(xí)了。，學(xué)生做完了。老師收上來(lái)改，發(fā)現(xiàn)做的很好，就表?yè)P(yáng)了他，于是這個(gè)同學(xué)越學(xué)越好。，學(xué)生做完了。老師收上來(lái)改，發(fā)現(xiàn)做的很好，就表?yè)P(yáng)了他，于是這個(gè)同學(xué)開始飄飄然，之后的成績(jī)一落千丈。4. 老師讓學(xué)生做作業(yè)，學(xué)生做完了。老師收上來(lái)改，發(fā)現(xiàn)做的很差，就批評(píng)了他，于是這個(gè)同學(xué)開始發(fā)奮學(xué)習(xí)，之后的越學(xué)越好成為優(yōu)等生。，學(xué)生做完了。老師收上來(lái)改，發(fā)現(xiàn)做的很差，就批評(píng)了他，于是這個(gè)同學(xué)開始覺得老師故意刁難他，就更加不愿意學(xué)習(xí)了。例1就是沒有反饋屬于開環(huán)控制，后面4個(gè)就是有反饋屬于閉環(huán)控制。其中，例2例5中，學(xué)生做完作業(yè)，這一個(gè)反應(yīng)，帶來(lái)的老師表?yè)P(yáng)或批評(píng)的反應(yīng)，再次引起的學(xué)生的反應(yīng)和原先學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度正相關(guān)，這就是正反饋；例3例4中，學(xué)生做完作業(yè)，這一個(gè)反應(yīng)，帶來(lái)的老師表?yè)P(yáng)或批評(píng)的反應(yīng)，再次引起的學(xué)生的反應(yīng)和原先學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度負(fù)相關(guān)，這就是負(fù)反饋。 PID控制的特點(diǎn) 普通開關(guān)的合閘開閘只能完成電機(jī)的啟動(dòng)和結(jié)束的過程，而應(yīng)用PID控制可以使電機(jī)保持恒定轉(zhuǎn)速，并且能在完成啟動(dòng)后快速達(dá)到恒定轉(zhuǎn)速。這樣，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，我們運(yùn)用PID控制技術(shù)可以更加充分的達(dá)到電機(jī)的穩(wěn)定和高效。 PID控制器的基本結(jié)構(gòu)PID實(shí)質(zhì)上是一種為工業(yè)電機(jī)控制而設(shè)計(jì)的控制器。主要包括比例環(huán)節(jié)（P），積分環(huán)節(jié)（I），微分環(huán)節(jié)(D)，被控對(duì)象、加法器、存儲(chǔ)器以及輸入輸出設(shè)備等。如圖31，常規(guī)PID的基本結(jié)構(gòu)。 圖31 常規(guī)PID控制器結(jié)構(gòu)原理圖上圖即常規(guī)PID控制器結(jié)構(gòu)原理圖，系統(tǒng)的主要部分分為PID控制部分（包括比例環(huán)節(jié)P、積分環(huán)節(jié)I、微分環(huán)節(jié)D）和被控對(duì)象組成。這是一種線性控制器，根據(jù)設(shè)定值 和實(shí)際輸出值 構(gòu)成偏差 ，將偏差按比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成控制量 ,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制?？刂破鞯妮斎胼敵鲫P(guān)系可描述為： 式中 ， 為比例系數(shù)， 為積分時(shí)間常數(shù)， 為微分時(shí)間常數(shù)?？刂葡到y(tǒng)中存在這一個(gè)偏差信號(hào) ，若不及時(shí)控制這個(gè)偏差信號(hào)將會(huì)引發(fā)超調(diào)問題。為了控制這樣一個(gè)超調(diào)問題，我們?cè)诳刂破髦屑尤氡壤饔?，這樣就能及時(shí)的反映偏差信號(hào)，以使控制速度達(dá)到最快，這樣偏差信號(hào)將會(huì)逐漸衰減。(受控目標(biāo)的傳遞函數(shù)均為：1/ ，)反映了 增大，誤差減小，振蕩加劇，超調(diào)量變大。針對(duì)這個(gè)問題，我們對(duì)控制器做一個(gè)修正。針對(duì)設(shè)定值控制中的超調(diào)問題，Hang 。通過在比例控制中引入設(shè)定值加權(quán)系數(shù)b，將PID控制器修正為 （32） 其中： 。從這個(gè)表達(dá)式可以看出通過調(diào)節(jié)設(shè)定值信號(hào)的比例增益，減小相應(yīng)的動(dòng)態(tài)相應(yīng)以克服超調(diào)問題。 圖32 比例控制的系統(tǒng)相應(yīng)積分作用的引入主要是為了保證實(shí)際輸出值 在穩(wěn)態(tài)時(shí)對(duì)設(shè)定值 的無(wú)靜差跟蹤。假設(shè)閉環(huán)系統(tǒng)已經(jīng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，則此時(shí)控制輸出量 和控制偏差量 ，都將保持在某個(gè)常數(shù)值上，為了不失一般性，我們分別用 和 來(lái)表示。根據(jù)PID控制器的基本結(jié)構(gòu)式（31），有 （33）在已知 和 的情況下， 為常數(shù)當(dāng)且僅當(dāng) 。即對(duì)于一個(gè)帶積分作用的控制器，如果它能夠使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定并存在一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，則此時(shí)對(duì)設(shè)定值的跟蹤一定是無(wú)靜差的。從圖33可以看出隨著積分時(shí)間常數(shù) 減小，靜差在減??；但過于小的 會(huì)加劇系統(tǒng)的震蕩，嚴(yán)重時(shí)甚至使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。 圖33比例積分控制的系統(tǒng)相應(yīng)（ =1） 微分作用的引入，主要是為了改善閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。PD控制器的結(jié)構(gòu)為： （34） 的泰勒級(jí)數(shù)為 ……，則 （35）控制信號(hào)與 時(shí)刻以后的偏差成比例。從圖34可看出比例微分能夠預(yù)報(bào)未來(lái)的輸出。另外，從圖35可以看出微分時(shí)間常數(shù) 增加有利于減小超調(diào)量。 圖34 微分的預(yù)測(cè)作用