基于免疫粒子群算法的PID参数整定与自适应.pdf

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1、基于免疫粒子群算法的PID参数整定与自适应邓丽。等基于免疫粒子群算法的PID参数整定与自适应PIDParametersTuningandAdaptationBasedonlmmunityParticleSwarmOptimization邓弱精错赞敏锐(上海大学机电工程与自动化学院，上海200072)摘要：针对粒子群算法容易陷入早熟以及免疫算法计算过程繁复冗长的缺点，将免疫系统的免疫信息处理机制引入PSO算法中，提出了一种基于免疫选择粒子群的算法(ISPSO)。将ISPSO算法应用到PID控制器的参数整定与自适应中，并设计了

2、相关PID控制器参数。Matlab仿真试验结果表明，该算法能够解决PSO算法早熟收敛的问题，适用于PID控制器的自整定。关键词：粒子群算法(PSO)免疫算法PID控制器参数自整定Matlab中图分类号：TP391文献标志码：AAbstract：Toovercomethedemeritsofparticleswarmoptimization(PSO)andimmunityalgorithm，i．e．。easilyfallintopre—maturityandcomplicatedcomputingprocess，thenew

3、algorithmnamedimmunityselectionPSO(ISPSO)isproposed。inthisalgorithm。theimmunityinformationprocessingmechanismofimmunitysystemisintroducedintoPSO．ThealgorithmisappliedintoparameterstuningandadaptationofPIDcontroller，todesignparametersforPIDcontroller．TheMatlabsimul

4、ationresultsshowthattheproblemofpre—maturityconvergenceofPSOalgorithmcanbesolvedandthealgorithmissuitableforself-tuningofPIDcontroller．Keywords：Particleswarmoptimization(PSO)ImmunityalgorithmPIDcontrollerParametersself—tuningMatlab0引言在工业过程控制中，PID控制具有步骤简单、鲁棒性强等优点，被

5、广泛应用于各个领域。据统计，PID控制策略在实际控制系统中所占的比例超过90％，而针对PID控制器的参数整定和自适应一直是最重要的问题所在。Ziegler和Nichols在1942年设计出了z．N整定公式，这是最早的PID参数整定方法。至今它还普遍应用在各种工业控制场合。1953年，Cohen和Coon继承和发展了z—N公式，设计了一种考虑被控过程时滞大小的Cohen—Coon整定公式¨]。传统PID控制器的结构普遍存在积分饱和、超调量大，以及由于微分作用对高频干扰敏感而导致的系统失稳等缺点。此外，传统PID控制的另一个问

6、题是不能使目标值跟踪特性和干扰抑制特性同时最优．而任何一个工业过程对扰动抑制品质和跟踪给定品质都是有要求的。如今，将自适应控制、最优控制、预测控制、鲁棒控制和智能控制策略引入传统PID控制，逐步发展成为一种新型PID控制怛J。上海市科委重点基础基金资助项目(编号：10JCl405000)。修改稿收到日期：2012—09—06。第一作者邓丽(1978一)，女，2008年毕业于东南大学控制理论与控制工程专业。获博士学位，讲师：主要从事智能优化算法、视觉信息处理等方面的研究。《自动化仪表》第34卷第2期2013年2月文献[3]尝

7、试将粒子群(particleswamioptimization，17'50)算法引入PID控制。PSO算法是一种从仿生学进化而来的优化算法．计算过程简捷。优化效果好，但是PSO算法具有容易陷入早熟等缺点。为了解决这个问题，本文引入免疫算法。免疫算法具有免疫和遗传等特点，能够帮助防止粒子群陷入早熟；同时，将PS0算法和免疫算法相结合，也避免了免疫算法计算过程繁复冗长的缺点。1PID控制基本原理PID控制是基于对变量“过去”、“现在”和“未来”信息估计的交叉控制算法。系统主要由被控对象和PID控制器两部分组成．如图1所示。图1

8、PID控制系统图Fig．1PIDcontrolsystem常规的PID一般为线性控制器，实际输出值和给定值会存在一个偏差，将偏差按比例、积分和微分的线性组合来构成控制量，从而对被控对象进行控制。这个过程称为PID控制器。PID控制器的参数整定与自适应是指根据系统模65基于免疫粒子群算法的PID参数整定与