基于改进蛙跳算法的PID控制器的优化设计-论文.pdf

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1、第3l卷第1期计算机应用与软件V01．31No．12014年1月ComputerApplicationsandSoftwareJan．2014基于改进蛙跳算法的PID控制器的优化设计彭勇陈俞强(东莞职业技术学院计算机工程系广东东莞523808)(广东工业大学自动化学院广东广州510006)摘要针对多变量、非线性、强耦合性的倒立摆系统，首先建立其数学模型，然后对该模型分别进行PID控制。在PID控制中，参数、K和的选取直接影响倒立摆的动力反应和控制力。目前主要依靠人工经验调整来确定、K和组合以获得

2、较好的控制效果，这种参数选择方法存在较大的主观性和盲目性。采用改进蛙跳算法对PID控制器的、K和进行全局优化是一种新的人工智能优化方法。仿真实验表明，该算法能有效地获得最优的参数组合，使PID控制效果能够满足结构性能要求。关键词PID控制器倒立摆改进蛙跳算法优化设计中图分类号TP391文献标识码ADOI：10．3969／j．issn．1000—386x．2014．01．024oPTIMISEDDESIGNoFPmCoNTRoLLERBASEDoNSHUFFLEDLEAPFROGALGolTHMP

3、engYongChenYuqiang(DepartmentofComputerEngineering，DongguanPolytechnic，Dongguan523808，Guangdoag，China)(FacultyofAutomation，GuangdongUniversityofTechnology，Guangzhou510006，Guangdong，China)AbstractFormuhivariable，nonlinearandstrong-couplinginveaedpendu

4、lumsystem，firstwebuilditsmathematicalmodel，andthenealTyoutPIDcontrolsonthemodelrespectively．InPIDcontrols，theselectionofparameters，Kanddirectlyaffectsthedynamicresponseandcontrolforcesoftheinve~edpendulumsystem．Nowitismainlyrelyingontheartificialexpe

5、riencedmodificationtodeterminethecombinationsofKn，KandKdforachievingbettercontrollingefect．Suchparametersselectionmethodhasquitebigsubjectivityandblindness．Itisanovelartificialintelligenceoptimismionmethodtoadopttheshufledfrog—leapingalgorithmtogloba

6、llyoptimisetheparametersKn，KiandKdofthePIDcontroller．SimulaionexperimentsshowthatthisalgorithmcaneffectivelyobtaintheoptimalparameterscombinationandmakesPIDcontrollingeffectmeettherequirementofstructuralperformance．KeywordsPIDcontrollerInve~edpendulu

7、mShuffledfrog-leapingalgorithmOptimiseddesign0引言1单级倒立摆系统数学模型的建立PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部对于倒立摆系统来说，如果忽略了空气阻力和各种摩擦之件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。后，可将直线一级倒立摆系统抽象成沿着光滑导轨运动的小车和通过轴承连接的匀质摆杆组成⋯。如图1所示。其中，小车倒立摆系统作为一个控制装置，结构简单、价格低廉，便于质量为，设为1kg；摆杆质量为m，设模拟实现多种不同的控制方法，但作

8、为一个被控对象，它是一个为0．4kg；摆杆长为f，设为0．3m；F为高阶次、不稳定、多变量、非线性、强耦合的快速系统，传统的作用于小车上的外力，b为小车摩擦系laid控制器达不到较好的控制结果。随着计算机和优化算法的数，设为0．15N／(m·s)；，为摆杆转动发展，一些近代启发式优化算法已经在PID控制器的优化设计惯量，设为0．006kg·m；摆杆角度为中应用，如模拟退火算法(sA)、遗传算法(GA)、禁忌算，摆杆与垂直向下方向的夹角为0(考法(rrS)、粒子群算法(PSO)、蛙跳算法(SFLA