基于粒子群优化的连续发酵过程PID控制.pdf

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1、第48卷第1期石油化工自动化Vo1．48，No．12012年2月AUTOMATIONINPETR0一CHEMICALINDUSTRYFebruary，2012基于粒子群优化的连续发酵过程PID控制刘毅，林传东，高增梁(浙江工业大学化工机械设计研究所，杭州310032)摘要：发酵过程通常具有较强的非线性，传统的PID控制器难以获得满意的控制效果。提出采用粒子群优化算法整定PID控制器的参数。结合过程机理，将整个连续发酵过程分解为三个子区间，并优化获得每一个子过程的PSO-PID控制器。仿真结果表明，通过PSO子过程优化的PSO-PID控制器性能优于普通的PID。关键词：连续发酵过程PID控制器粒

2、子群算法中图分类号：TP273；TQ02文献标志码：A文章编号：i007—7324(2012)01—0052—04ParticleSwarmOptimization-basedPIDControlforContinuousFermentationProcessLiuYi，LinChuandong，GaoZengliang(InstituteofProcessEquipmentandControlEngineering，ZhejiangUniversityofTechnology，Hangzhou，310032，China)Abstract：ConventionalPIDcontrollerha

3、sbeenfoundinsufficientforcontinuousfermentationprocessduetostrongnonlinearity．TuningofPIDcontrollerparametersbyadoptingparticleswarmoptimization(PSO)algorithmisproposed．Combiningwiththeprocessmechanism，thewholecontinuousfermentationprocesscanbedividedintothreesub—processes．ThePIDparametersforeachsub

4、—processcanbeoptimizedbythePSoalgorithm．SimulationresultsillustratethattheproposedPSo—PIDcontrollercanobtainbettercontrolperformancethantraditionalPIDcontroller．Keywords：continuousfermentationprocess；PIDcontroller；PSO发酵过程的强非线性和自身特点造成其控制粒子群优化算法PSO(ParticleSwarm和优化较为困难。连续发酵过程菌体质量浓度的Optimization)是一种全局优

5、化算法，可用于解决非控制直接影响到最终产物质量和能量的消耗量，关线性、不可微和多峰值复杂函数的优化问题，具有系到企业的效益]。在能够保障和提高产品质量算法简单、容易实现、可调参数较少和应用效果明的前提下，应尽量选择简单和鲁棒性强的控制器，显等优点，获得了广泛的研究和应用。最近，研这也是比僻积分PID控制器至今仍被广泛究人员将PSO用于优化PID控制器的参数以提高采用的原因]。通过参数整定方法获得优质的控制效果L8j。但是，这类改进的PID控制器还很PID参数是提高过程控制质量的一种重要手段。少用于发酵过程。因此，笔者针对发酵过程菌体质因此，简单和高效的PID参数整定方法是值得研量浓度的控制问题

6、，采用PSO优化PID控制器的究的川。参数，以获得更好的控制效果，最终提高发酵过程据文献报道，目前广泛用于工业过程的PID控的控制质量。制器参数整定方法已超过200种，包括经典的Z-N1PSO算法基本原理和IMC等方法_4]。常规的PID控制器参数整定方PSO算法源于对鸟群和觅食行为的研究。法依靠经验。当过程对快速性、稳定性和鲁棒性等都有明确要求时，不易获得满足实际要求的最优稿件收到日期：2011—09—14。PID参数。遗传算法等人工智能方法以其简单和快基金项目：国家自然科学基金(61004136)；浙江省自然科学基金资速收敛性为PID控制器参数的寻优开辟了一条新助项目(Y4100457)。

7、路E5]。但是，在优化具有参数强相关性的对象时，其作者简介：刘毅(1982一)，男，福建泉州人，博士学位，主要从事化搜索能力会变差，而且该算法存在过早收敛问题。工过程先进建模与控制研究及其应用，任讲师。第1期刘毅等．基于粒子群优化的连续发酵过程PID控制53研究者发现鸟群在飞行过程中经常会突然改变粒子个数为1O个，cl—f一1．5。方向、散开、聚集，其行为不可预测，但其整体总2连续发酵过程的仿真和