改进微粒群算法及其在PID控制器参数整定中的应用

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实际生产过程具有的非线性、离散、时变等特性使得人们对它们无法进行准确的数学描述。PID是迄今最通用的控制方法,其结构简单、容易实现、控制效果好且参数物理意义明确,大多数反馈回路用该方法或其较小的改进来控制。PID的控制性能与其参数有直接联系,对于结构和参数不确定的控制系统,PID参数的整定仍是一个难点问题。目前PID参数优化方法主要包括梯度法、单纯型法、神经网络法和遗传算法等。它们各有优点,但也存在明显缺点。基于微粒群算法的PID控制器是解决方案之一,它能动态的自整定参数,具有良好的综合控制性能等优点。   微粒群算法(PSO: Particle Swarm Optimization)是一种新型的进化优化技术。与其它智能方法比较,它具有算法简单、易于程序实现等特点。既适合科学研究,又适合工程应用。因此,PSO一经提出,立刻引起演化计算领域的学者门广泛关注,并在短短几年出现大量的研究成果,形成了一个研究热点。   本文在对国内外微粒群算法研究动态做了简单介绍之后,对微粒群算法的参数选择进行了较为深入的探讨,同时提出了应用微粒群算法动态整定PID控制参数的方法。第二章介绍了微粒群算法的产生、发展;论述了微粒群算法的原理、流程以及国内外学者从不同出发点对算法进行的改进;第三章针对目前微粒群算法的许多参数依赖经验法确定,而且不同的参数选择可能直接影响算法的收敛性,甚至导致不收敛的情况对微粒群算法的参数选择做了试验研究,给出了基本的参数选择方法;第四章简单介绍了关于PID控制的几种智能控制方法,并提出了基于PSO的PID控制参数整定算法;第五章以电动机为仿真实验模型,重点讨论了评价值函数的选取。通过与传统的整定方法相比较,得出结论:使用PSO方法对PID控制器参数整定效果良好,同时,改进的微粒群算法整定性能更优。
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