基于進化算法的pid控制系統(tǒng)設計方法研究（可編輯）

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1、基于進化算法的PID控制系統(tǒng)設計方法研究南京理工大學碩士學位論文基于進化算法的PID控制系統(tǒng)設計方法研究姓名:曾自力申請學位級別:碩士專業(yè):控制理論與控制工程指導教師:盛安冬20060615南京理工大學碩士論文基于進化算法的控制系統(tǒng)設計方法研究摘要在自動控制領域,控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一,由于它具有算法簡單、可靠性高等優(yōu)點而得到了廣泛的應用。傳統(tǒng)的經驗設計方法,如整定算法、整定算法等,雖然它們因為算法簡單易行得到了較廣的應用,但通過它們所設計出的控制器對于非線性、時滯、時變系統(tǒng),難以滿足要求。如果要考慮在實際系統(tǒng)中得到更好的控制效果,這時就需要采用更為先進的算法設

2、計控制器。進化算法是近幾十年來受生物進化思想啟發(fā)而產生并得到了快速發(fā)展的一類優(yōu)化算法,因為與傳統(tǒng)優(yōu)化算法相比具有諸多優(yōu)點,所以,在自動控制這一與優(yōu)化理論有密切聯系的領域中,它得到了越加廣泛的應用。本文即是追隨此種思路,將兩種典型的進化算法??遺傳算法與粒子群算法應用于控制系統(tǒng)的設計。結合一階滯后系統(tǒng),通過仿真試驗,取得了令人滿意的控制效果。由于進化算法在尋優(yōu)之前必須對參數范圍作出限定,若范圍設置不當,則可能使算法不能收斂于期望的指標,更嚴重的是可能造成尋優(yōu)產生的控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此,本文引入了“穩(wěn)定區(qū)域算法”求取可使得閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的控制器參數區(qū)間,并以此算法的計算結果限定

3、進化算法的參數尋優(yōu)區(qū)問。通過仿真試驗,取得了令人滿意的控制效果?！胺€(wěn)定區(qū)域算法”的引入簡化了進化算法程序設計的算法流程,提高了執(zhí)行效率,更主要的,它使得尋優(yōu)產生的控制器能在運行過程中始終處于穩(wěn)定。通過遺傳算法與粒子群算法的融合,本文提出了一種粒子群一遺傳算法,在仿真試驗當中,同樣取得了很好的控制效果。為了驗證進化算法設計的控制器的工程應用價值,本文最后將經過離線設計的控制器應用于恒溫箱溫度控制系統(tǒng)當中,結果表明,通過進化算法所設計的控制器性能要遠遠好于經驗方法所設計的控制器。并且,因為“穩(wěn)定區(qū)域算法”的引入,保證了溫度控制系統(tǒng)在運行過程當中能始終保持穩(wěn)定。關鍵詞控制,進化

4、算法,遺傳算法,粒子群優(yōu)化算法,穩(wěn)定區(qū)域算法碩士論文摘要,?,..,.,?’?,?,.,..,,,?...,,.,???,’,’...?,..,,.瑚,?,???.,.:,,,,?聲明本學位論文是我在導師的指導下取得的研究成果,盡我所知,在本學位論文中,除了加以標注和致謝的部分外,不包含其他人已經發(fā)表或公布過的研究成果,也不包含我為獲得任何教育機構的學位或學歷而使用過的材料。與我一同工作的同事對本學位論文做出的貢獻均己在論文中作了明確的說明。研究生簽名:常萄移澌緝泊一日學位論文使用授權聲明南京理工大學有權保存本學位論文的電子和紙質文檔,可以借閱或上網公布本學位論文的部分或

5、全部內容,可以向有關部門或機構送交并授權其保存、借閱或上網公布本學位論文的部分或全部內容。對于保密論文,按保密的有關規(guī)定和程序處理。研究生簽名:莎島年瑪薹主墨些竺鯊塑璺絲墅墨竺絲生互堡竺墨墮塞堡三查蘭曼主笙苧緒論.研究背景在自動控制領域,?控制是應用最為廣泛的控制策略。在工業(yè)過程控制中,隨著自動控制理論與技術的迅速發(fā)展,工業(yè)自動化的進程得到了巨大的促進,這其中,占主導的地位的仍是控制技術?，F在,它仍被廣泛的應用于冶金、化工、電力和機械等工業(yè)控制中。常規(guī)的控制系統(tǒng)的設計主要是對控制器的比例系數島,積分系數島和微分系數。進行調節(jié),以適應不同系統(tǒng)對象的要求。如經典的整定算法和?

6、整定算法都屬于經驗設計方法,通過這些常規(guī)的設計方法設計出韻控制器對于非線性、時滯、時變對象或在對控制性能指標要求較高的場合,都難以滿足要求。如果要考慮在實際系統(tǒng)中得到更好的控制效果,這時就需要采用更為先進的控制算法。隨著控制理論與技術的不斷發(fā)展,新的設計和整定方法都把重點放在控制器的優(yōu)化設計及自適應設計上,在常規(guī)算法的基礎上,結合先進算法以對其進行改進和擴展?，F今發(fā)展較快、在優(yōu)化設計上利用越加廣泛的則是其中幾種智能進化算法,如遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法、模擬退火算法、人工智能算法等。這些進化算的引入。提高了參數優(yōu)化水平,進而提升了控制系統(tǒng)的性能指標。.控制的發(fā)展歷程及現狀控

7、制系統(tǒng)設計方法的改進是自動控制界長期追求并努力實現的目標。在自動控制發(fā)展的歷史上,前輩學者和現今的研究人員都在不懈的努力尋求更為先進的設計方法。、控制出現于上世紀的二、三十年代,最初的控制器是用氣動系統(tǒng)構成的。到了三,四十年代,經典的頻域設計法得到了很快的發(fā)展。較為重要的是和在穩(wěn)定性理論上所取得的重要成就。這種經典設計方法是設計一種反饋補償器,以獲得一定量的穩(wěn)定裕度,重點考慮了模型的不確定性,并利用反饋來減少系統(tǒng)對干擾和模型誤差的靈敏度。補償器的設計主要是采用由穩(wěn)定準則引申出來的圖解法.進入五十年代以后,發(fā)展較快的是解析法,并