动态自适应粒子群算法和它的应用程序来优化PID参数【精品文档】(完整版)
基于粒子群算法的PID控制器优化设计
基于粒子群算法的PID控制器优化设计1.引言PID控制器是工业应用中最常用的一种控制器,其可以根据系统的误差来产生控制信号,从而达到稳定、快速、精确控制系统的目的。
然而,传统的PID控制器存在参数调节不便、系统抗干扰性差等问题。
为了解决这些问题,本文采用粒子群算法优化PID控制器参数,提高系统的控制性能。
2.粒子群算法粒子群算法是一种基于群体智能的优化算法,模拟了鸟群、鱼群等动物群体的行为,并将其应用于参数优化等问题中。
算法的核心思想是通过不断地更新最优粒子位置和最优位置,从而逐步优化目标函数。
3.PID控制器模型PID控制器包括比例、积分和微分三个环节,其控制信号的计算公式为:u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt,其中e(t)为系统的误差,Kp、Ki、Kd为比例、积分和微分增益。
4.粒子群算法优化设计粒子群算法的核心是粒子的个体速度和位置更新,根据目标函数的相对大小来调整更新的方向和距离,从而找到更优的解。
在PID控制器的优化设计中,可以将粒子视为PID控制器的参数向量,即粒子的位置表示PID参数。
4.1适应度函数设计适应度函数是粒子群算法优化的关键,其评价了每一个粒子的好坏。
在PID控制器的优化设计中,可以选择系统的稳态误差、超调量、响应时间等指标作为适应度函数。
4.2粒子的速度和位置更新粒子的速度和位置更新公式如下:v(i+1) = w * v(i) + c1 * rand( * (pbest(i) - x(i)) + c2 * rand( * (gbest - x(i))x(i+1)=x(i)+v(i+1)其中,v(i)为第i代粒子的速度,x(i)为第i代粒子的位置,w为惯性权重,c1和c2为加速因子,rand(为随机数函数,pbest(i)为第i代个体的历史最优位置,gbest为全局最优位置。
4.3粒子群算法的优化过程根据上述速度和位置更新公式,可以得到粒子群算法的优化过程:1)初始化种群:随机初始化粒子的位置和速度。
基于粒子群算法的PID控制器优化设计
基于粒子群算法的PID控制器优化设计PID控制器是一种经典的控制器,适用于很多控制问题。
它由比例(P)、积分(I)和微分(D)三个环节构成,可以根据系统的反馈误差进行相应的调节,并实现系统的稳定控制。
然而,传统的PID控制器设计可能无法达到最优性能,因此可以采用PSO算法来优化PID控制器的参数。
PSO算法的基本思想是通过模拟粒子在空间中的移动,根据个体经验和群体信息不断调整位置,从而找到最优解。
具体步骤如下:1.初始化粒子的位置和速度。
粒子的位置表示PID控制器参数,速度表示参数的变化量。
2.根据当前位置计算适应度函数值,即系统的控制误差。
适应度函数值越小,表示当前位置越优。
3.选择个体历史最优位置和群体历史最优位置。
4.更新粒子速度和位置。
根据个体历史最优位置和群体历史最优位置进行速度更新,从而改变下一步的方向。
5.判断是否达到终止条件。
例如,达到最大迭代次数或达到目标误差范围。
6.如果未达到终止条件,则返回步骤3继续迭代;否则,输出最优解。
通过PSO算法优化PID控制器的参数,可以使系统的控制性能得到提升。
在优化过程中,粒子群算法利用了个体和群体的经验,具有较好的全局能力和收敛性,能够找到较优的PID控制器参数。
相比于传统的试错调参方法,PSO算法更加高效、自动化,可在较短的时间内得到较优的解。
需要注意的是,PSO算法的性能可能受到一些因素的影响,如粒子数量、惯性权重、学习因子等。
为了获得更好的优化效果,可以通过参数调节、改进算法等方式进行优化。
总之,基于粒子群算法的PID控制器优化设计能够帮助改进传统PID 控制器的性能,提高系统的稳定性和控制精度。
这种方法具有广泛的应用前景,可在各个领域的控制问题中发挥作用。
粒子群算法优化PID控制参数研究
控 制器 设 计
.
《 电气 自动化) 0 6年第 2 20 8卷 第 4期
Cont ol r r l e Des ̄ in l
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粒 子群算 法优化 P 制参数研 究 I D控
Re e r h n arce s a c o P t l Swa m Op i z t n i r t mia i Alo i m t Op i z PI o g rh t o t mie D Co tolrPa a t s n r l r me er e
在解空 间中摸索 。每个粒子根据 自己和其它粒子 的‘ 飞行经验 ” 群 游, 从而达到从全空 间搜索最优解的 目的。具体搜索过程如下 :
每 个 粒 子 在 解 空 间 中 同 时 向两 个 点 从 接 近 ,第一 个点 是整 个
要求对被控 过程 和控 制规律有全面的先 验知识 。或建立在要求具 有连续导数的光滑搜 索空间的基础 上。若参数空 间不 可微或参数
法用 的交 叉 (rs vr以及变 异 ( ua o) cos e) o m ti 。而是 粒子 在 解空 间 追 随 tn
上 海 电 机 学 院 电气 学 院 ( 海 20 4 ) 付 n h i in i nvr t S a g a 0 2 0 C ia F ioa g j Lxa S a g a a J U i s y h n h i 0 4 , h ) u X ag n i i D e i, 2 n i
公 式 来 更 新 自己 的速 度 和 新 的 位 置 :
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行为研究 ,S P O同遗传算法类似 , 是一种基于叠代 的优化工具 。系 】 统初始化为一组 随机解,通过叠代搜寻最优值 。但是并没有遗传算
粒子群优化算法及其应用研究【精品文档】(完整版)
摘要在智能领域,大部分问题都可以归结为优化问题。
常用的经典优化算法都对问题有一定的约束条件,如要求优化函数可微等,仿生算法是一种模拟生物智能行为的优化算法,由于其几乎不存在对问题的约束,因此,粒子群优化算法在各种优化问题中得到广泛应用。
本文首先描述了基本粒子群优化算法及其改进算法的基本原理,对比分析粒子群优化算法与其他优化算法的优缺点,并对基本粒子群优化算法参数进行了简要分析。
根据分析结果,研究了一种基于量子的粒子群优化算法。
在标准测试函数的优化上粒子群优化算法与改进算法进行了比较,实验结果表明改进的算法在优化性能明显要优于其它算法。
本文算法应用于支持向量机参数选择的优化问题上也获得了较好的性能。
最后,对本文进行了简单的总结和展望。
关键词:粒子群优化算法最小二乘支持向量机参数优化适应度目录摘要 (I)目录 (II)1.概述 (1)1.1引言 (1)1.2研究背景 (1)1.2.1人工生命计算 (1)1.2.2 群集智能理论 (2)1.3算法比较 (2)1.3.1粒子群算法与遗传算法(GA)比较 (2)1.3.2粒子群算法与蚁群算法(ACO)比较 (3)1.4粒子群优化算法的研究现状 (4)1.4.1理论研究现状 (4)1.4.2应用研究现状 (5)1.5粒子群优化算法的应用 (5)1.5.1神经网络训练 (6)1.5.2函数优化 (6)1.5.3其他应用 (6)1.5.4粒子群优化算法的工程应用概述 (6)2.粒子群优化算法 (8)2.1基本粒子群优化算法 (8)2.1.1基本理论 (8)2.1.2算法流程 (9)2.2标准粒子群优化算法 (10)2.2.1惯性权重 (10)2.2.2压缩因子 (11)2.3算法分析 (12)2.3.1参数分析 (12)2.3.2粒子群优化算法的特点 (14)3.粒子群优化算法的改进 (15)3.1粒子群优化算法存在的问题 (15)3.2粒子群优化算法的改进分析 (15)3.3基于量子粒子群优化(QPSO)算法 (17)3.3.1 QPSO算法的优点 (17)3.3.2 基于MATLAB的仿真 (18)3.4 PSO仿真 (19)3.4.1 标准测试函数 (19)3.4.2 试验参数设置 (20)3.5试验结果与分析 (21)4.粒子群优化算法在支持向量机的参数优化中的应用 (22)4.1支持向量机 (22)4.2最小二乘支持向量机原理 (22)4.3基于粒子群算法的最小二乘支持向量机的参数优化方法 (23)4.4 仿真 (24)4.4.1仿真设定 (24)4.4.2仿真结果 (24)4.4.3结果分析 (25)5.总结与展望 (26)5.1 总结 (26)5.2展望 (26)致谢 (28)参考文献 (29)Abstract (30)附录 (31)PSO程序 (31)LSSVM程序 (35)1.概述1.1引言最优化问题是在满足一定约束条件下,寻找一组参数值,使得系统的某些性能指标达到最大或者最小。
粒子群算法优化pid参数
粒子群算法(Particle Swarm Optimization, PSO)是一种基于群体智能的优化算法,可以用于求解非线性、非凸、多峰和高维等优化问题。
在PID 控制器参数优化中,PSO 算法可以用来寻找最优的PID 参数组合,以达到最优的控制性能。
下面是PSO 算法用于PID 控制器参数优化的一般步骤:
1. 初始化:随机生成粒子群的位置和速度,初始化全局最优解和局部最优解。
2. 计算适应度:对于每一个粒子,计算其适应度值,即PID 控制器的控制效果。
3. 更新位置和速度:根据粒子的当前位置和速度,更新其位置和速度,以使其适应度值最大。
4. 检查个体最优解和全局最优解:检查每个粒子的适应度值是否有更新,并更新全局最优解。
5. 判断终止条件:判断是否满足终止条件,例如最大迭代次数或者适应度值达到预设阈值。
6. 输出结果:输出最终得到的PID 参数组合,并应用到实际控制系统中。
在实际应用中,PSO 算法可以通过不断迭代优化PID 控制器的参数,以达到最优的控制效果。
同时,可以通过调整粒子群的初始位置和速度、权重系数、停止准则等参数,进一步提高算法的收敛速度和精度。
自适应粒子群优化算法
自适应粒子群优化算法自适应粒子群优化算法(Adaptive Particle Swarm Optimization,简称APSO)是一种基于粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,简称PSO)的改进算法。
PSO算法是一种群体智能优化算法,模拟鸟群觅食行为来求解优化问题。
与传统PSO算法相比,APSO算法在粒子个体的位置和速度更新方面进行了优化,增强了算法的鲁棒性和全局能力。
APSO算法的关键改进之一是引入自适应策略来调整个体的速度和位置更新。
传统PSO算法中,个体的速度与当前速度和历史最优位置有关。
而在APSO算法中,个体的速度与自适应权重有关,该权重能够自动调整以适应不同的空间和优化问题。
自适应权重的调整基于个体的历史最优位置和整个粒子群的全局最优位置。
在每次迭代中,根据粒子群的全局情况来动态调整权重,使得速度的更新更加灵活和可靠。
另一个关键改进是引入自适应的惯性因子(inertia weight)来调整粒子的速度。
传统PSO算法中,惯性因子是一个常数,控制了速度的更新。
在APSO算法中,惯性因子根据粒子群的性能和进程进行自适应调整。
对于空间广阔、优化问题复杂的情况,惯性因子较大以促进全局;对于空间狭窄、优化问题简单的情况,惯性因子较小以促进局部。
通过调整惯性因子,粒子的速度和位置更新更具有灵活性和针对性,可以更好地适应不同的优化问题。
此外,APSO算法还引入了自适应的局域半径(search range)来控制粒子的范围。
传统PSO算法中,粒子的范围是固定的,很容易陷入局部最优解。
而在APSO算法中,根据全局最优位置和当前最优位置的距离进行自适应调整,当距离较大时,范围增加;当距离较小时,范围减小。
通过自适应调整范围,可以提高算法的全局能力,减少陷入局部最优解的风险。
综上所述,自适应粒子群优化算法(APSO)是一种改进的PSO算法,通过引入自适应策略来调整个体的速度和位置更新,增强了算法的鲁棒性和全局能力。
基于粒子群算法的PID参数优化
[
� -0. 4
� 4) , 参数范围为 (0 , 1) , 参数范 围为 (0 , 1) , 粒子群 � � PI D 控制器就是通过调整 、 、 , 这 3 个参数来 � 种群规模为 20 , 迭代次数为 50 , 的取值根据迭代的次
1
]
使系统的控制性能达到给定的要求。从优化 的角度来 � � 数线形减小, 初始值为 1. 5 , 最终值 0 . 4。 2 = 3 = 2。 说就是在这 3 个变量的参数空间, 寻找最优值使系统的 PI D 参数粒子 群算 法寻优 结果 如表 1 所 示。表 1 控制性能达到最优。无疑这 3 个 变量的参数 空间是很 大的。手工整定法建立在经验的基础上, 从根本上来说 是一种试凑法, 对较大的参数空间它往往难以找到较优 的结果, 而基于其它优化方法的一些解析法也常常因对 象模型的不确定 而难以得 到全局最 优解。为优化 P I D
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � F . 1 PI D 社会性行为的模拟。在 粒子群 算法中, 每个 粒子表 示
� � � 1 2
…, ) , 每 个粒子 的速 度向量 =( 1 , 2 , …, ) 。 � � �2ຫໍສະໝຸດ 粒子群算法在 PI D 参
� � � � � � � � � � � + ( )+ ( ) � � � � � � � � +1 = 1 2 , 3 ,0 引言 (1 ) � � � � + � � � +1 = + 1 在工业 过程控 制的发展 史上, PID 控 制是 历史 最 � � 式中:1 是惯 性权重; 2 、 3 是 加速 度常数。 从社会 心 悠久 、 生命力 最 强的 控 制 方式 。国 内 外 90 % 以 上 的 � 理学的角度解释,1 表示 粒子对 自身当 前情 况的依 赖 回路 仍然采用 PI D 控制 器, PI D 控 制器在 工程 控制 中 � 情况; 表示粒子对自身经验的依赖情况; 表示粒子 占重 要的地 位。 PI D 控制 器 被广 泛 应 用主 要 是 因 为 其结构 简单、 实际中容 易 被理 解和 实现 , 而 且许 多 高
粒子群优化pid算法
粒子群优化pid算法粒子群优化(PSO)是一种基于演化算法和群体智能的优化算法。
它的目标是在搜索空间中找到最优解,以使适应度函数最小化或最大化。
PID控制算法是一种用于控制系统的经典反馈控制算法。
在本文中,我们将介绍如何结合粒子群优化和PID控制算法来实现自动控制系统的优化。
PSO算法基本原理PSO算法最初是由Eberhart和Kennedy在1995年提出的。
它基于群体智能的思想,模拟鸟群或鱼群在搜索食物或迁徙的行为。
在搜索过程中,每个个体都受到自己和群体中其他个体的影响,通过不断地协作和调整,最终找到最优解。
PSO算法中的每个个体称为“粒子”,它具有自身的位置和速度。
在每次迭代中,每个粒子都会根据自身的位置和速度,以及其他粒子的位置和速度,更新自己的速度和位置。
更新公式如下:V(i,j)=ω*V(i,j)+c1*r1*(Pbest(j)-X(i,j))+c2*r2*(Gbest(j)-X(i,j))X(i,j)=X(i,j)+V(i,j)其中,V(i,j)是粒子i在第j个维度上的速度,X(i,j)是粒子i在第j个维度上的位置,ω是惯性权重,决定了粒子保持原有速度的比例。
c1和c2分别是自我认知因子和社会认知因子,r1和r2是0到1之间的随机数,表示个体本身和群体的影响程度。
Pbest(j)是粒子i在第j个维度上的最佳位置,Gbest(j)是全局最佳位置,表示整个群体在第j个维度上的最佳位置。
在PSO算法中,评估粒子适应度的函数称为目标函数。
PSO算法的最终目标是找到适应度函数的全局最优解。
PID控制算法是一种经典的反馈控制算法,广泛应用于工业控制、机器人等自动控制系统中。
PID控制算法由比例、积分和微分三个部分组成:u(t)=Kp*e(t)+Ki* ∫e(t)dt+Kd*de(t)/dt其中,u(t)表示被控对象的输出,Kp、Ki、Kd分别表示比例、积分、微分系数,e(t)为被控对象输出与期望值之间的误差,de(t)/dt表示误差的变化率。
基于粒子群优化算法的自适应PID控制器设计
基于粒子群优化算法的自适应PID控制器设计粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)是一种基于群体智能的全局优化方法。
PSO算法的核心思想是模拟鸟群搜索食物的行为,通过模拟种群的移动过程来寻找全局最优解。
在近年来的科学研究和工程控制中,PSO算法得到广泛的应用,尤其是在自适应PID控制器的设计中。
PID控制器是一种经典的控制方法,其三个参数分别是比例系数、积分系数和微分系数。
在传统的PID控制器中,这三个参数的大小是固定的,无法根据外部环境的变化进行调节。
这可能会导致控制器的响应时间较慢,控制效果不佳。
为了解决这个问题,人们提出了自适应PID控制器的概念。
自适应PID控制器是基于反馈调节的控制系统,其参数可以根据外部环境的变化而实时调节。
在控制器的运行过程中,可以根据实际输出值和期望输出值之间的误差来实时调节PID控制器的参数。
这使得控制器可以自适应地调节其参数,从而更好地适应复杂的控制环境。
PSO算法是一种典型的优化算法,其可以用于自适应PID控制器的参数调节。
在使用PSO算法优化自适应PID控制器的过程中,需要将PID控制器的三个参数分别作为种群中每个粒子的维度进行考虑。
每个粒子代表着一组PID控制器参数,种群中的所有粒子共同构成了一个参数空间,称为搜索空间。
在运行PSO算法之前,需要定义目标函数。
在自适应PID控制器设计中,目标函数通常定义为PID控制器输出值与期望输出值之间的误差平方的加权和。
目标函数越小,表示自适应PID控制器的控制效果越好。
在使用PSO算法进行自适应PID控制器的设计时,需要定义如下的步骤。
1. 初始化种群初始化种群中的每个粒子,将其位置随机生成在搜索空间中,并给每个粒子随机分配初速度。
2. 计算适应度值对于每个粒子,通过输入控制系统的运行状态和控制参数,计算它的适应度值。
3. 更新全局最优解在整个种群中,记录具有最佳适应度值的粒子对应的控制参数。
改进的粒子群优化算法优化分数阶PID控制器参数
改进的粒子群优化算法优化分数阶PID控制器参数作者:金滔董秀成李亦宁任磊范佩佩来源:《计算机应用》2019年第03期摘要:为了提高分数阶比例积分微分(FOPID)控制器的控制效果,针对FOPID控制器参数整定的范围广、复杂性高等特点,提出改进的粒子群优化(PSO)算法优化FOPID控制器参数的方法。
该算法对PSO中惯权重系数的上下限设定范围并随迭代次数以伽玛函数方式非线性下降,同时粒子的惯性权重系数和学习因子根据粒子的适应度值大小动态调整,使粒子保持合理运动惯性和学习能力,提高粒子的自适应能力。
仿真实验表明,改进的PSO算法优化FOPID控制器的参数较标准PSO算法具有收敛速度快和收敛精度高等优点,使FOPID控制器得到较优的综合性能。
关键词:分数阶比例积分微分(FOPID)控制器;粒子群优化(PSO);惯性权重系数;参数优化;自适应中图分类号: TP273文献标志码:A文章编号:1001-9081(2019)03-0796-06Abstract: Aiming at poor control effect of Fractional Order Proportional-Integral-Derivative (FOPID) controller and the characteristics of wide range and high complexity of parameter tuning for FOPID controller, an improved Particle Swarm Optimization (PSO) method was proposed to optimize the parameters of FOPID controller. In the proposed algorithm, the upper and lower limits of inertial weight coefficients in PSO were defined and decreased nonlinearly with the iteration times in form of Gamma function, meanwhile, the inertia weight coefficients and learning factors of particles were dynamically adjusted according to the fitness value of particles, making the particles keep reasonable motion inertia and learning ability, and improving self-adaptive ability of the particles. Simulation experiments show that the improved PSO algorithm has faster convergence rate and higher convergence accuracy than the standard PSO algorithm in optimizing the parameters of FOPID controller, which makes the FOPID controller obtain better comprehensive performance.Key words: Fractional Order PID (FOPID) controller; Particle Swarm Optimization (PSO); inertial weight coefficient; parameter optimization; self-adaption0 引言分數阶比例积分微分(Fractional Order Proportional-Integral-Derivative, FOPID)控制器首先由Podlubny[1]提出,是传统比例积分微分(Proportional-Integral-Derivative, PID)控制器使用分数演算的一种推广。
粒子群 模糊自适应pid
粒子群模糊自适应pid粒子群模糊自适应PID(Proportional-Integral-Derivative)算法是一种经典的控制算法,它结合了粒子群算法和模糊自适应控制的优点,用于系统的控制与优化。
本文将从算法原理、应用案例和发展趋势等方面进行介绍。
一、算法原理粒子群模糊自适应PID算法是基于粒子群算法(PSO)和模糊自适应控制(FAC)的结合。
PSO是一种基于群体智能的优化算法,通过模拟鸟群觅食行为,寻找问题的最优解。
FAC算法是一种基于模糊逻辑控制的自适应控制方法,可以根据系统的动态变化调整控制参数。
具体而言,粒子群模糊自适应PID算法通过粒子群算法来搜索参数空间,实现对PID控制器参数的优化。
粒子群算法通过不同粒子的位置和速度的迭代更新,逐渐找到最优解。
然后,模糊自适应控制通过模糊推理和模糊规则进行系统建模和参数调整,根据系统的动态性能实时调整PID控制器的参数。
二、应用案例粒子群模糊自适应PID算法在控制系统中有广泛的应用。
以飞行器姿态控制为例,通过对飞行器的姿态角进行控制,可以实现飞行器的平稳飞行。
粒子群模糊自适应PID算法可以根据飞行器的动态变化自动调整PID控制器的参数,使其适应不同的飞行状态。
在工业生产中,粒子群模糊自适应PID算法也有着广泛的应用。
例如,在温度控制系统中,通过对温度的实时测量,控制器可以根据系统的动态变化自适应地调整PID控制器的参数,使得温度保持在设定值附近。
三、发展趋势粒子群模糊自适应PID算法在控制领域中的应用前景十分广阔。
随着智能化技术的发展,控制系统对性能和鲁棒性的要求也越来越高。
粒子群模糊自适应PID算法通过结合了粒子群算法和模糊自适应控制的优点,可以更好地适应系统的动态变化,提高控制系统的性能。
未来,随着人工智能和机器学习的不断发展,粒子群模糊自适应PID算法可能会与更多的智能算法相结合,进一步提高控制系统的自适应性和鲁棒性。
同时,粒子群模糊自适应PID算法也有望在更多领域得到应用,如智能交通系统、智能制造等。
新的粒子群算法在PID参数优化中的应用
假 定采样周 期选择为 Q I s , 根 据经验 K p参 数 范 围 为 ( 0 , 4 ) , T i 参 数 范 围 为 ( O , 1 ) , T d 参 数范围为( O , 1 ) , 粒子群种群规 模为 2 0 , 迭代 次数为 s o , c l 的取 值根据 迭 代 的次数线 形减小 , 初 始值 为 l 5 , 最终 值 Q 4 。 c 2 = c 3 = 2 。 P I D参数粒子群算法寻优 结 果如表 l 略所示 。 同 时也 给 出了用 单 纯形 法 的寻 优 结 果 。两者结 果相 比 , 表明本 文所提 方法 的 有效 I 生。 四、 结束语
:I t P ( f ) d t
( 3 ) 于并行化, 是一种效率很高的寻优方法,
是P I D参数优化 的理想方法 。为保证粒子 群 的高效 高速地 寻优 , 须 合理确 定粒子 群 算法的控制参数 。 对 粒子 群算法的进一步 改进 ,可实现基于粒子群 的自适 应 P I D控
求 目标 函数 Q的极小值 问题 , 因而需对 目 /,S e o u l , K o r e a : P r o c e e d i n g s o f I E E E 标函数 进行改 造 , 将 极小值 问题转换 为极 大值 问题 , 则适应度函数取为 一 1 C o n g r e s s o n E v o l u t i o n a r y C o mp u t a t i o n ( C E C 2 0 0 1 ) , 2 0 0 1 : 7 5 — 8 0 . 【 2 】 E n g e l b r e c h t , A . P . , I s ma i l . A . T r a i n i n g
基于粒子群优化算法对PID参数的优化整定
2017年软 件2017, V ol. 38, No. 11基金项目: 辽宁省教育厅科学研究项目资助(NO. LYB201617);国家自然科学基金项目资助(61472169);辽宁省教育厅科学研究一般项目资助(NO. L2015204)作者简介:董楠楠,(1981-),女,山东,汉族,硕士研究生,研究方向:数据库和模式识别等;夏天,(1988-),男,硕士研究生,研究方向:数据库和模式识别等;王长海(1995-),本科,研究方向:计算机科学与技术。
基于粒子群优化算法对PID 参数的优化整定董楠楠,夏 天,王长海(辽宁大学信息学院,辽宁 沈阳 110035)摘 要: 本文首先介绍了PID 控制器,在此基础上提出了一种基于智能群算法对PID 控制器的比例、积分、微分三个参数进行优化整定的改进PSO 算法,并利用Mat lab 对 PID 工业控制器进行模拟仿真,利用仿真曲线进行直观的对比。
通过与标准PSO 优化算法及常规的Z-N 整定法的比较,结果表明基于改进PSO 算法对PID 的整定方法不仅能快速的从全局搜索出优化的整定参数,而且也能够大大地提升整定效果。
实验结果也表明该算法具体良好的收敛速度和稳定性,是一种具有高控制精度、高稳定性和快速性的PID 整定算法。
关键词: 群智能算法;改进PSO 算法;惯性权重;学习因子;PID 控制器;参数整定 中图分类号: TM306;TP18 文献标识码: A DOI :10.3969/j.issn.1003-6970.2017.11.013本文著录格式:董楠楠,夏天,王长海. 基于粒子群优化算法对PID 参数的优化整定[J]. 软件,2017,38(11):67-70An Improved Particle Swarm Optimization Approach forOptimum Tuning of PID ControllerDONG Nan-nan, XIA Tian, WANG Chang-hai(College of information,Liaoning University,Shenyang 110035, China )【Abstract 】: We have firstly introduced the PID controller, and proposed an improved particle swarm optimization approach based on swarm intelligent algorithm for the three parameters of PID optimum tuning, and we have used the Matlab for visual comparison with the simulation curve to compare our algorithm with the standard PSO algorithm and conventional Z-N tuning method. The result shows that the improved PSO algorithm can not only rapidly find the global search optimization, but also can greatly enhance the optimum effect and it is an algorithm with good conver-gence speed and stability, it is also a good PID tuning algorithm with high control precision, high stability and rapidity. 【Key words 】: Swarm intelligence algorithm; Improved PSO algorithm; Inertia weigh; Learning factor; PID con-troller; Optimum design0 引言如今对于工程生产过程中的设备来说,其中的某个或某些部件发生损坏后,整台设备甚至整个生产过程都将陷入瘫痪状态[1],由此造成巨大的经济损失,甚至会危及公众生命安全[2]。
采用粒子群算法策略的PID直流电机控制调谐参数的设置【精品文档】(完整版)
采用粒子群算法策略的PID直流电机控制调谐参数的设置作者:Boumediène ALLAOUA*, Brahim GASBAOUI and Brahim MEBARKI 贝沙尔学院,技术与科学学院,电气工程科B.P 417 BECHAR (08000) Algeria摘要在本文中,直流电机驱动的智能控制设计,使用粒子群算法(PSO)的方法实现PID最优控制的参数调整。
提出的方法有优越特点,包括容易实施,稳定收敛特性和非常高的计算执行效率。
在MATLAB环境下,时序PID-PSO控制器下的直流电机可以被仿真。
比较模糊逻辑控制器,使用PSO智能算法,这种预期的方法更能快速地改善稳定响应速度,稳态误差也会减小,上升时间更短,在不过载的情况下,驱动电机的执行效率也不受到干扰。
关键字控制调谐参数;粒子群算法(PSO)策略;时序PID-PSO控制器;直流电机转速控制;最优控制。
介绍随着电力电子资源的发展,直流机器将变得越来越用,在他们找到了广泛应用的范围之内,即汽车工业(电动汽车),使用弱势能的电池系统(电动玩具),应用电力拖动的万能机器系统等等。
直流电机的转速能适应比较大的裕度,以便提供容易的控制和高效的执行力[1,2]。
这里有几种常规的数字控制器类型,在执行各种各样的任务时被用于控制直流电机:PID控制器,模糊逻辑控制器;或前两者的混合控制:使用在不同领域的PID-粒子群算法(PID-PSO),PID-神经网络,PID-遗传算法,PID-蚁群优化和最优模糊逻辑控制器。
PID控制器被广泛地应用于工业装置中,是因为它的简便和稳定性。
工业生产方法常受到参数和参数扰动的约束而改变,而这时则意味着会使系统变得不稳定。
因此,控制工程师将会寻找自动调谐程序。
从控制法来说,直流电机呈现出优越的控制参数,由于这个领域的解耦本质[2]。
最近,许多先进的控制方法论,例如非线性控制[3],最优控制[4],可变结构控制[5],和自适应控制[6],在直流电机上,都被广泛的利用着。
PID参数设置及调节方法
PID参数设置及调节方法PID控制器是一种通过对被控对象的测量值与参考值进行比较,并根据误差值来调整控制器输出的方法。
PID参数的设置和调节是PID控制的关键部分,合理的参数设置可以使系统稳定性和响应速度达到最佳状态。
本文将详细介绍PID参数的设置方法以及常用的调节方法。
一、PID参数设置方法:1.经验法:通过实际系统控制经验来设置PID参数。
a.暂时忽略I和D项,先将P参数设为一个较小的值进行试控,观察系统的响应情况。
b.根据实际系统的特性,逐渐增大P参数,直至系统开始发散或产生剧烈振荡,这时就找到了P参数的临界值。
c.根据实际系统的稳态误差,调整I参数,使系统能够快速消除稳态误差。
d.根据系统的动态响应情况,调整D参数,使系统的超调量和响应速度达到最优。
2. Ziegler-Nichols方法:利用开环实验数据来设置PID参数。
a.将系统工作在开环状态下,即没有反馈控制。
b.逐步增大控制器的P参数,直至系统开始发散或产生剧烈振荡,记下此时的P临界值Ku。
c.通过实验得到的P临界值Ku,可以根据以下公式得到PID参数:-P参数:Kp=0.6*Ku-I参数:Ti=0.5*Tu-D参数:Td=0.125*Tu其中,Tu为系统开始发散或产生剧烈振荡时的周期。
3. Cohen-Coon方法:利用闭环实验数据来设置PID参数。
a.在系统工作在闭环状态下,进行阶跃响应实验。
b.根据实验得到的曲线,计算响应曲线的时间常数T和该时间常数对应的增益K。
c.根据以下公式计算PID参数:-P参数:Kp=0.5*(K/T)-I参数:Ti=0.5*T-D参数:Td=0.125*T二、PID参数调节方法:1.手动调节法:通过观察系统响应曲线和实际系统需求来手动调整PID参数。
a.调整P参数:增大比例系数可以加快系统的响应速度,但可能会引起系统的振荡;减小比例系数可以减小系统的超调和振荡,但可能会导致响应速度过慢。
b.调整I参数:增大积分系数可以消除系统的稳态误差,但可能会使系统响应速度变慢或产生振荡;减小积分系数可以减小系统的超调和振荡,但可能会引起稳态误差。
自适应粒子群算法的整定模糊PID控制器的参数优化
自适应粒子群算法的整定模糊PID控制器的参数优化方圆;陈水利;陈国龙【期刊名称】《集美大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2012(017)002【摘要】提出了一种基于自适应粒子群算法(APSO)优化模糊PID控制器隶属函数的方法以及基于模糊控制规则的权值来消减规则数目的参数优化方法.仿真实验表明,该方法相比传统方法能得到具有更快响应速度和更小的超调量的模糊PID 控制器.%The paper proposed a new method to optimize fuzzy PID controller membership function parameters and reduce the number of fuzzy rules by weight based on Adaptive Particle Swarm Optimization algorithm.The simulation results showed that compared with the conventional method,the proposed method could obtain a fuzzy PID controller with faster response time and lower overshoot.【总页数】6页(P147-152)【作者】方圆;陈水利;陈国龙【作者单位】福州大学数学与计算机科学学院,福建福州350108;集美大学理学院,福建厦门361021;福州大学数学与计算机科学学院,福建福州350108【正文语种】中文【中图分类】O29;P231【相关文献】1.基于免疫粒子群算法的PID参数整定与自适应 [J], 邓丽;蒋婧;费敏锐2.基于遗传整定的光源跟踪伺服系统模糊PID控制器 [J], 李广军;高曾辉;陈劲松;崔继仁3.基于差分进化粒子群算法的PSS参数优化与整定 [J], 王建波;刘毅力;梁继国;丁换换4.基于自适应惯性权重混沌粒子群算法的多机系统低频减载整定算法 [J], 钱敏慧; 居蓉蓉; 姜达军; 赵大伟; 刘艳章; 叶荣波5.基于自适应混沌PSO的三相PWM整流器PI参数优化整定 [J], 赵琳;陈贺;杨晓明;毛安家因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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2013 届电子信息工程学院外文文献及译稿外文文献题目:Dynamical Adaptive Particle Swarm Algorithmand Its Application to Optimization of PIDParameters姓名:学号:专业班级:自动化B095 学院(部):电子信息工程学院指导教师:2013 年 5 月 30日American Journal of Operations Research, 2012, 2, 448-451doi:10.4236/ajor.2012.23053 Published Online September 2012Dynamical Adaptive Particle Swarm Algorithm and Its Application to Optimization of PID ParametersJimin Li, Guolin YuResearch Institute of Information and System Computation Science, The North Universityfor Nationalities, Yinchuan, ChinaEmail: guolin_yu@Received June 15, 2012; revised July 18, 2012; accepted August 5, 2012 ABSTRACTBased on a new adaptive Particle Swarm Optimization algorithm with dynamically changing inertia weight (DAPSO), it is used to optimize parameters in PID controller. Compared to conventional PID methods, the simulation shows that this new method makes the optimization perfectly and convergence quickly.Keywords: Particle Swarm Optimization; Dynamical Adaptive; PID Automatic Regulation System1. IntroductionParticle Swarm Optimization is a kind of simulation group (Swarm) intelligent behavior of the Optimization of the algorithm proposed by Kennedy and Eberhart [1] and others. Its thought source from bird prey on behaveior research. Contrasting PSO with the genetic algorithm and the ant colony algorithm, the PSO method is simple and easy to implement, and it can be adjusted less parameters characteristics. So, it is widely applied in the structural design [2], electromagnetic field [3] task scheduling [4] engineering optimization problems.In the particle swarm algorithm, the adjusted parame- ters are the most important part in the inertia weights. In order to find a inertia of weights selection method which can get the best balance between the global search and local search, the researchers have put forward to the lin- ear decrease weights (LDIW) strategy [5], fuzzy inertia weights (FIW) strategy [6], and random inertia weights (RIW) strategy [7], and so on.In the basic thought of diminishing inertia value guidance, this paper introduces a new adaptive self-adapting inertia, which is based on expectations of survival rate. When the expected survival rate gets smaller, it shows that the optimal particle distance to position is further, at this time, we should make particles into the local search rapidly, the authors shall propose a new dynamic adaptive particle swarm optimiz ation algorithm (DAPSO), and using this algorithm to calculate optimizer in the PID regulator parameters of industrial control system.This paper is divided into five sections. Section 2 includes preliminaries and related results which will be used in later sections. Section 3 is devoted to introduce dynamic adaptive particle sw arm optimization algorithm. In Section 4, we shall use the dynamic adaptive particle swarm optimization algorithm to optimize the PID pa- rameters. Section 5 is the conclusion and working direction in the further.2. Basic PSO Algorithm and the Related ConceptParticle swarm optimization was firstly proposed in 1995 by Kennedy and Eberhart[1], using the following for- mula in the particle group of operation:1122()()id id id id gd id v v c r p x c r p x =+-+- (1)id id id x x v =+ (2)which i =1,2……m ,d =1,2……. D ; Learning factor 1c ,2c is negativeconstants ;The parameters 1r ,2r is between the random numbers id v =[–max v m i n v ]; max v is constant. The i-th particles in a D-dementional vector is 12(,,...)i i i iD x x x x =, In the space of flight speed is i v and 12(,,...)i i i iD v v v v =; The i-th known so far to search the optimum position is 12(,,...)i i i iD p p p p =, the particle swarm so far to search the optimal position is 12(,,...)g g g gD p p p p =. In the literature [7], the speed Equation (1) have made the following changes:1122()()id id id id gd id v wx c r p x c r p x =+-+- (3)where w is inertia coefficient ,1c , 2c are nonnegative, Equations (1) and (3) are basic PSO iterative formula.Experimental results show the particle swarm optimization algorithm whether premature convergence or global convergence,particle swarm of particles will appear “together” phenomenon. Therefore, we study the change of the affinity between particles, particle swarmstate can be track, the affin ity between particles reflect the similarity between the particle, when affinity is large, and the number particles are more similar. Conversely, similar degree is poor. We shall make the parts thought of immune algorithm to fuse the particle swarm optimization algorithm, and give the new definition of affinity and the concept of antibody concentration, the construction method of nonlinear adaptive inertia the weights, and based on this, it improves the dynamic adaptive particle swarm optimization algorithm in [8].3. Dynamic Adaptive Particle Swarm Optimization Algorithm Now, we introduce the dynamic adaptive particle swarm optimization algorithm:DAPSOStep 1: The particle position and speed of Random initial particle swarm.Step 2: Make the particles, b p to be the current position, set g p to the best position ofparticles in initial population.Step 3: Judg algorithm convergence criteria whether meet, if meet, true to Step 5; or, execute Step 4.Step 4: To the all particles of particle swarm, execute the following operations:1) According to the type (1), (2), (3) update the particle’s position and speed;2) According to the type of above, deduce a dynamic adaptive inertia weights, turn to Step 2.Step 5: output g p , the algorithm to run is end.4. Using the Dynamic Adaptive Particle Swarm Optimization Algorithm to Optimize the PID Parameters4.1. PID Regulator Param eters’ Optimization ProblemIn the industrial control system, lots of control objects under the action of step representation the output signal is S form rises curve, right now, can use a second order inertia and delayed model to describe it. Its transfer function is:312()(1)(1)T S K W S T S T S e -=++ (4)In order to make the control object’s output y in disturbance action maintain, weusually use proportion, integral, differential ( P, I , D ) regulator to form a constant adjustment system.When the production process is stable, which object characteristics are stable, K 、p k 、2T 和3T re basically constant, at this time, PID parameters which are once adjusted would not be charged, but, when the productionprocess is in a constantly changed situation, the reaction conditions such as chemical engineering change, power plant and the change of load, so some object K , 1T , 2T and 3T will have a corresponding changed, at this time, if we still keep PID parameters unchanged, it will be difficult to achieve the optimal regulation effect. In the condition of constant fluctuation, because the computer has strong ability of calculation and control on flexibility, we can achieve the adjustment ty pe DDC control. Therefore, using the computer to carry on the PID regulator parameters adjustment and control system has the very strong superiority [9].Now using a computer to achieve P, I, D ,adjustment then we control u and deviation between e to satisfy the011()(1)()[()()]n p d K e n e n u n K e n e K T T T T =--=++∑\ (5)Or1()(1){[()(1)]()[()2(1)(2)]}d p T T u n u n K e n e n e n e n e n e n T T =-+--++--+- (6)Among them, u (n ) for the control effect; u(n – 1) for the previous controlfunction; e( n ) for the deviation; and e( n – 1) for the previous deviation; and e( n – 2) for again the first deviation.T is the sampling period, p k is gain coefficient ratio, i T is integral time constant, dT is differential time constant.Now the task is to search the best: seek the PID three parameters p K 、i T 、d T to makethe objective function isthe smallestIt belongs to nonlinear planning in the multivariate function optimization problem, and can not use a mathematical0Q e t d t ∞=⎰ (7)4.2. The Results of the Simulation ExperimentIf we input the following data: Variable number N = 3; the calculation precision E = 0.01; Compression factor is 0.618; Expansion factor is 1.5. The parameters of the controlled objects 1T = 0.44 s; 2T = 0.44 s; 3T = 0.12 s; The total number of print L3 = 30; a given number of control system’s input value R = 10;PID parameters p K 、i T 、d T initial value X(1, 0) = 1.5; X(2, 0) = 0.88; X(3, 0) = 0.11.For DAPSO, the size of the group set to 30, the terminate algebra is 50, set for this d range of 15%, c1, c2 are all 2, a maximum of self-adapting inertia is 0.8,minimum number is 0.2.The calculated parameters correspond to the control object 1T 、2T and 3T is with a given number, the optimal number of PID regulator parameters p K 、i T 、d T : p K =1.69764, i T = 0.772662 s, d T = 0.229209 s.In addition, when p K 、i T 、d T is the best number, we still obtain all sampling moments of output X1, and deviation quantity X5, as is shown in Table 1.The system output overshoots is E = 1.42%, the transition process time is TP = 1.1 s.Table 1. The output results of system simulation.。