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基于模糊和遗传优化算法的PID参数优化

作　者: 任欢欢
导　师: 崔桂梅
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: PID控制 遗传算法 模糊控制 智能控制 参数优化
分类号: TP18
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


PID(Proportion,Integral,Differential)控制即比例、积分、微分控制是工业过程控制中广泛应用的控制方式,它具有控制算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点。然而随着工业的快速发展,人们的控制对象越来越复杂,尤其对于大滞后、时变、非线性的复杂控制系统,加之,人们对控制精度要求的不断提高,对于时变对象和非线性系统,传统的PID控制己无法满足工业生产的控制要求。智能控制与常规控制的结合运用,越来越多的被应用于工业控制领域。遗传和模糊作为目前新型的智能控制算法,正日益引起人们的广泛研究和应用,本文从理论上深入学习了模糊控制理论、遗传算法,并将传统的PID控制与智能控制中的模糊和遗传两种控制算法结合起来,形成了基于遗传优化算法的模糊自适应PID参数整定方法。MATLAB软件仿真结果表明这基于遗传算法优化的自适应模糊PID整定算法效果良好,能够达到预期的控制效果。但是模糊控制器的参数难以确定,其隶属度函数和模糊规则的确定多依赖于工作人员的经验和专家的知识,利用遗传算法的空间寻优能力,对隶属度函数的参数进行综合编码优化,得到新型的模糊控制器。在此基础上,对实验室现有的PCI-Ⅲ型过程实验平台中的双容水箱液位控制系统进行了建模,用常规PID控制和遗传算法优化的模糊PID控制方法分别对该控制系统进行了仿真与比较;并构建了基于组态王的实时控制系统的仿真实验平台,进行了常规PID控制和基于遗传优化模糊控制器的控制效果的实验比较。仿真与实验结果均表明,基于遗传优化模糊控制器的PID整定方法具有良好的控制效果,明显优于常规PID整定方法,特别是基于遗传算法优化的模糊控制器整定的PID控制效果更好一些。最后总结了本文所做的工作,并指出了用智能控制算法进行PID参数的优化还有待进一步完善解决的问题。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
1. 绪论  9-12
  1.1 引言  9
  1.2 研究的目的和意义  9-10
  1.3 智能PID 控制方法  10-11
    1.3.1 智能控制  10
    1.3.2 智能PID 控制  10-11
  1.4 本论文的工作  11-12
2. 模糊控制概述及控制器的设计  12-24
  2.1 模糊控制的发展  12-13
    2.1.1 模糊控制产生的历史背景  12
    2.1.2 模糊控制理论的产生  12-13
  2.2 模糊控制  13-19
    2.2.1 模糊控制的基本原理  13-14
    2.2.2 模糊控制器  14-15
    2.2.3 模糊控制器的设计  15-19
  2.3 模糊自适应整定PID 控制  19-24
    2.3.1 模糊自适应整定PID 控制原理  19-20
    2.3.2 模糊自适应整定PID 控制器设计  20-24
3. 遗传算法概述及其设计  24-41
  3.1 遗传算法的起源与发展  24
  3.2 遗传算法的基本操作  24-28
    3.2.1 编码  25
    3.2.2 适应度函数的设定  25-26
    3.2.3 遗传操作  26-28
  3.3 遗传算法运行的参数设定  28-29
  3.4 模式理论  29-31
    3.4.1 模式  29-30
    3.4.2 模式定理  30-31
  3.5 遗传算法的基本流程  31-32
  3.6 遗传算法的改进  32-34
    3.6.1 遗传算法的改进方法  32-33
    3.6.2 基于改进遗传算法的PID 参数整定  33-34
  3.7 基于改进遗传算法的模糊控制器设计  34-41
    3.7.1 遗传算法在模糊控制中的应用现状  35-36
    3.7.2 遗传算法优化模糊控制器的设计  36-41
4. 智能PID 整定在过程控制系统中的应用  41-57
  4.1 PCT-Ⅲ型过程控制实验装置介绍  41-42
  4.2 双容水箱液位控制系统及模型建立  42-45
    4.2.1 液位控制系统  42-43
    4.2.2 建立液位控制系统的水箱模型  43-45
  4.3 控制器的应用与调试  45-51
    4.3.1 控制算法模块的实现  45-46
    4.3.2 控制算法模块实现方案的选择  46-47
    4.3.3 控制算法Active X 控件的实现  47-51
    4.3.4 模糊控制算法控件的测试  51
  4.4 基于组态王的算法控件的调用  51-54
  4.5 基于双容液位控制系统的算法控件的调试  54-56
  4.6 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-60
附录A 遗传算法优化模糊控制器设计程序  60-70
在学研究成果  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化基础理论 > 人工智能理论
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