基于遗传算法的PID整定在液位有效控制中的应用.doc

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1、基于遗传算法的PID整定在液位控制中的应用张林海，魏飞(南阳理工学院机电工程系，河南南阳473003)摘要：以IAE为优化目标，将遗传算法优化PID参数，应用于一单容水箱的液位控制系统中，并给出了算法的仿真结果。研究表明，遗传算法得到较好性能指标的搜索结果，对参数整定优化策略具有很强的灵活性、适应性和鲁棒性，具有一定的推广应用价值。关键词：遗传算法；Ziegler-Nichols整定；PID控制器；参数优化中图分类号：TP202+.7文献标识码：文章编号：ApplactioninfluidfurfacecontrollofPIDParameterTuningBasedonGAZha

2、ngLinhai，LvWenge(FacultyofElectromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnology，Guangzhou511900)Abstract：BytakingIAEtargerasobjectivefunction，GA(GeneticAlgorithm)isusedinafluidfurfacecontrollsystemtotunePIDparameters，andgivingthesimulationresults.ResearchshowthattheGAgetsabetterPIDparame

3、tersoptimizationresultbasedonIAEindex，andithasexcellentflexibility,adaptabilityandrobustness,hasthecertainexpansionapplicationvalueKeywords:GA；PIDcontroller；Z-Nmethod；Parametersoptimization0引言PID（proportional-integral-differential）是比例、积分和微分的简称，其控制器是一种线性控制器，在本质上是一种对“过去”、“现在”和“未来”信息估计的控制算法，有着滞后-

4、超前校正的作用。液位是工业生产过程控制中很重要的被控变量．工业生产中的润滑油、冷却油、调速油、燃油供应、油质加工、废油净化、溶液加工与传输等场合，常需对容器中液位进行有效可靠的控制，否则将不能使油系统乃至整个机组正常运行．工业生产过程中的液位系统通常是时变的，具有大滞后特性．控制精度不易满足，控制也相当麻烦。在Z-N法大致设定一个经验值基础上，本文将基于遗传算法，对PID控制器参数优化整定，以对液位进行控制，其仿真研究表明了该法在液位控制中的有效性。１PID参数的遗传算法寻优1.1常规PID控制系统原理框图如下图1。图1模拟控制系统原理框图根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成

5、控制偏差:e(t)=r(t)-c(t)(l)将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器，控制规律为：(1)式中比例系数；积分时间常数；微分时间常数。1.2模态PID离散化为位置式数字PID由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此式(1)中的积分和微分项不能直接使用，需要进行离散化处理。按模拟PID控制算法的算式，现以一系列的采样时刻点。代表连续时间，以和式代替积分，以增量代替微分，则可作如下近似变换：(2)式中------采样周期。显然，上述离散化过程中，采样周期必须足够短，才能保证有足够的

6、精度。离散的PID表达式为(3)式中：------采样序号；——第次采样时刻的计算机输出值；——第次采样时刻输入的偏差值；——第次采样时刻输入的偏差值；——积分系数，；——微分系数，。其变换式为（4）由式(6)控制器的z传递函数为（5）数字PID控制器示意图2图2数字PID控制器的结构图2遗传算法GA(GeneticAlgorithm)思想遗传算法是根据生物进化思想而启发得出的一种全局优化算法。遗传算法简称，最早是由BagleyJ.D在1967年提出的，在本质上是一种不依赖具体问题的直接搜索方法。遗传算法的原理是把问题的解表示成“染色体”，在算法中也即是以二进制编码的串。并且，在执

7、行遗传算法之前，给出一群“染色体”，也即是假设解。然后，把这些假设解置于问题的“环境”中，并按适者生存的原则，从中选择出较适应环境的“染色体”进行复制，再通过交叉，变异过程产生更适应环境的新一代“染色体”群。这样，一代一代地进化，最后就会收敛到最适应环境的一个“染色体”上，它就是问题的最优解。基于遗传算法的PID控制参数优化原理：1)参数编码遗传算法编码方式有多种形式，本文采用适用于多种问题的一类多变量二进制编码形式。各参数的二进制字符串表示值和实际值之间的关系为：（