基于人工蜂群算法的PID控制技术应用研究.pdf

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1、机械管理开发总第154期MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENTTotalofl542016年第2期No．22016设计理论与方法基于人工蜂群算法的PID控制技术应用研究马步云。赵世海(天津工业大学机械工程学院，天津300387)摘要：由于PID控制器算法简单、鲁棒性强的特点，是目前使用最多的一种控制器，被广泛应用在各类工业控制领域。将基于人工蜂群算法的PID参数优化，在葡萄酒发酵温度控制系统中的应用进行了深入研究。关键词：PID控制器；人工蜂群算法；葡萄酒温度控制中图分类号：TP18；TP273文献标识码：A文章编号：1003．773X(2016)

2、02．0024．03DoI：10．16525／j．cnki．cnl4．1134／th．2016．02．008引言应用较少，因此，本文将对人工蜂群算法在葡萄酒群智能的概念是由Hackwood和Beni在1992发酵温度控制方面进行深入研究。年最先提出的I1]。群智能L具有组织性、鲁棒性、协1基于ABC算法的PID控制器参数整定作性、简单性、可扩充性、分布性等特点，针对群智能在ABC算法中，共可以将蜂群划分为三种类的这些特点，相关人员做了大量的研究工作，提出了型，分别是雇佣蜂(employedbees，也称引领蜂)、一些群智能优化算法，具有代表性的算法有蚁群优跟随蜂(onlooke

3、rs)和侦查蜂(scouts)。蜜蜂对食化算法_3]、粒子群优化算法[4]、人工蜂群算法[5．等。物源的搜索主要由三部分组成：引领蜂发现蜂蜜人工蜂群算法是一种较新的群智能算法，对它的研源，并记录蜂蜜源的信息；跟随蜂根据引领蜂提供究和应用还处于初级阶段。的蜂蜜源信息，选择一个蜂蜜源；当一个蜂蜜源被葡萄酒发酵过程中发酵罐本身是一个大惯放弃时，与之对应的引领蜂变成侦查蜂，随机寻找性、大滞后的对象l7]，是一个复杂的控制系统，其新的食物源。特性难以用严格的数学表达式描述，受许多干扰在实际工业控制中，将人工蜂群(ABC)算法因素的影响，一般线性调节不能满足对象及工业在解决复杂目标优化问题

4、上的能力应用在控制领控制的要求，所以，需要找到一种合适的控制方法域，与传统PID相结合，通过对传统PID的控制参以适应葡萄酒发酵过程中的温度变化特点。目数进行整定，可以达到较好的控制效果。前，人工蜂群算法在机器人路径规划]、作业车间在具有非线性、大时滞、时变性的控制系统调度L1、无人战斗机的路径规划等问题上已经得中，基于ABC算法的PID控制器是由ABC算法、到了广泛的应用，但是在温度控制领域方面目前被控对象和PID控制器三个部分组成，利用ABC算法对PID的三个参数，K。、K。、K进行自适应在线整定，结构如图l所示。收稿日期：2015—12—02第一作者简介：马步云(1989

5、一)，男，汉族，山西大同人，硕士，毕业于天津工业大学，研究方向：自动控制。导师简介：赵世海(197O一)，男，辽宁鞍山人，副教授，高级工程师，就职于天津工业大学、现代图l基于ABC算法的PID控制器结构机电装备技术天津市重点实验室。PID参数应用ABC算法整定就是通过人工蜂马步云，赵世海：基于人工蜂群算法的PID控制技术应用研究2．016年第2期·25·群算法不断地迭代找出最优的PID三个参数，在传递函数(可以看成是一个比例环节、一个惯性积运行中通过不断检测被控制参数的实际值，并与分环节和一个延迟环节的串联连接)为：目标值进行比对，对三个参数进行在线修改。根⋯()T(s)Ke一

6、—AQ—(s)≈丽据参数K。，Ki，K的作用，一般在整定过程中，对式中：AQ为使温度上升反应热量，J／s，△Q=Q生物参数要求如下。一Q蒸发一Q辐射；K为比例系数；T为积分时间常1)当偏差较大时，为了加快系统的响应速度，数，s／℃；r为纯延迟时间。应取较大的K。，为了避免开始时可能出现的过饱上述根据葡萄酒发酵过程中热量传递的机理和，应取较小的K；防止出现较大的超凋，对积分所建立的温度模型在控制系统中使用，还需对其作用加以限制，通常取适中的K。中的静态增益K，对象的时间增益丁和对象的纯2)当偏差处于中等大小时，为使系统响应具滞后时间r三个参数进一步求解。有较小的超调，K。应取值小

7、些，Ki的取值应适当．实验设定发酵阶段初始温度为28℃，给定的这时K的取值对系统的影响较大，要大小适中，输入阶跃信号为20℃，对系统进行降温，每5S采以保证系统的响应速度。3)当偏差较小即接近设定值时，应增加K。和一次数据，在具体的实验过程中，一些采集的数据点可能远离数据曲线，对于这种情况采用多次实减小K的取值，为了避免出现振荡，应增强系统的验对照比较后来排除那些不正常的干扰因素，必抗干扰性能。当偏差变化率较小时。K可取值大要时舍弃数据点优化数据曲线，得到最终实验数些：当偏差变化率较大时，K