基于遺傳算法的pid參數(shù)優(yōu)化畢業(yè)設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)
2024-11-23 16:36本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】法簡(jiǎn)單、可靠性高、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。PID控制器有三個(gè)參數(shù)：比。例、積分和微分系數(shù)，當(dāng)PID結(jié)構(gòu)確定的情況下，這三個(gè)參數(shù)將會(huì)決定控制器的品質(zhì)，參數(shù)的調(diào)節(jié)和優(yōu)化至關(guān)重要。遺傳算法源于生物系統(tǒng)的研。傳算法在優(yōu)化的過(guò)程中，與常規(guī)方法相比更加便捷和迅速，整定的精度相對(duì)較高。制效果，證明其有效性與可靠性。
【正文】 等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)控制中占據(jù)著主導(dǎo)地位。 PID 控制器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，其核心問(wèn)題就是參數(shù)的整定與優(yōu)化，合 適的控制器參數(shù)會(huì)使得生產(chǎn)更為高效與安全，在方案設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)上，參數(shù)的整定將會(huì)影響到控制器的質(zhì)量 [1]。 壘遙 隨著現(xiàn)代控制理論的建立與完善，過(guò)程控制的方法和思路也在不斷創(chuàng)新，與此同時(shí)，為了適應(yīng)日益提高的生產(chǎn)工藝，過(guò)程控制的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的 PID 控制由于受到多方面的約束，在當(dāng)今的生產(chǎn)控制中收到很多限制，因此提高 PID 控制算法能力或者根據(jù)現(xiàn)代控制理論來(lái)設(shè)計(jì) PID 控制算法就顯得尤為重要。盡管隨著模糊控制、智能控制理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，形成了諸多智能 PID 控制策略，但這些控制策略要求參數(shù)優(yōu)化的搜索空間可微 ，在應(yīng)用中受到了很多限制，針對(duì)這些，人們一直在尋求更為簡(jiǎn)單、有效的 PID 參數(shù)優(yōu)化技術(shù) [2]。 壘遙 遺傳算法是模仿自然生物進(jìn)化機(jī)制而發(fā)展起來(lái)的隨機(jī)全局搜索和優(yōu)化方法，借鑒達(dá)爾文的進(jìn)化論和孟德?tīng)柕倪z傳學(xué)說(shuō)，它的本質(zhì)是一種高效、全局、并行的搜索方法，它與傳統(tǒng)的算法不同，不依賴(lài)于梯度信息，通過(guò)模擬自然進(jìn)化來(lái)尋找最優(yōu)解 [3]。人們對(duì)遺傳算法進(jìn)行大量研究，其應(yīng)用已經(jīng)逐漸滲透到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，而遺傳算法自身的優(yōu)勢(shì)，在 PID 控制器的參數(shù)優(yōu)化中，也發(fā)揮著重要的作用。 壘遙 PID 控制器 壘遙 模擬控制的系統(tǒng)中，控 制器常用 PID 控制，其控制系統(tǒng)原理框圖如圖 所示。 壘遙 被控對(duì)象r ( t ) e ( t )+u ( t ) y ( t )比例積分微分++壘遙 圖 PID控制原理圖 壘遙 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 壘遙 第 2 頁(yè) 壘遙 PID 控制為線性控制的方法，控制器根據(jù)給定值 ()rt 與實(shí)際輸出值 ()yt 構(gòu)成的控制偏差 ()et ，即： 壘遙 ( ) ( ) ( )e t r t y t?? （ 11） 壘遙 通過(guò)對(duì)偏差進(jìn) 行比例、積分與微分運(yùn)算，將結(jié)果相加，就得到了 PID 控制器的控制輸出 ()ut 的表達(dá)式 ： 壘遙 1 ( )( ) ( ) ( )pdid e tu t K e t e t d t TT d t??? ? ?????? （ 12） 壘遙 式中pK為比例系數(shù)； iT 指積分時(shí)間常數(shù)； dT 代表微分時(shí)間常數(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(jì)算出控制量進(jìn)行控制 的 [4]。 壘遙 （ P）控制 壘遙 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 壘遙 （ I）控制 壘遙 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “ 積分項(xiàng) ” 。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)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。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(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。 壘遙 （ D）控制 壘遙 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后 (delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “ 超前 ” ，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說(shuō)，在控制器中僅引入 “ 比例 ” 項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是 “ 微分項(xiàng) ” ，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例 +微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 壘遙 第 3 頁(yè) 壘遙 甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。 壘遙 近些年來(lái)，智能控制理論的發(fā)展與應(yīng)用越來(lái)越廣泛與深入，如何設(shè)計(jì) PID 控制器的算法，如何使 PID 的控制算法最優(yōu)化，已經(jīng)成為了人們研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。由上圖我們看到，在 PID 控制器中，比例系數(shù)（pK）、積分時(shí)間常數(shù)（ iT ）以及微分時(shí)間常數(shù)（ dT ）的選擇直接關(guān)系到了系統(tǒng)性能，這三個(gè)值的選擇是 PID 控制器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。 壘遙 PID 控制器參數(shù)優(yōu)化分類(lèi) 壘遙 PID 控制器在工業(yè)過(guò)程中廣泛應(yīng)用，但是傳統(tǒng)的 PID 控制器穩(wěn)定性差，適應(yīng)能力弱等不足，很難滿足生產(chǎn)過(guò)程中控制的多變性與穩(wěn)定性。 PID 參數(shù)優(yōu)化將變得尤為重要，其優(yōu)化方法主要有：常規(guī) ZN 法、基于模糊控制的 PID 參數(shù) 整定、衰減曲線法等。 壘遙 1. 常規(guī) ZN 整定方法 壘遙 常規(guī) ZN 整定方法是由 Ziegler 和 Nichols 在 1942 年提出的 [5]，該方法基于受控過(guò)程的開(kāi)環(huán)動(dòng)態(tài)響
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