莊石榴　王愛元

摘 要：PID控制器是根據(jù)PID控制原理對整個控制系統(tǒng)進(jìn)行偏差調(diào)節(jié)，從而使被控變量的實(shí)際值與工藝要求的預(yù)定值一致。不同的控制規(guī)律適用于不同的生產(chǎn)過程，必須合理選擇相應(yīng)的控制規(guī)律，否則PID控制器將達(dá)不到預(yù)期的控制效果。目前，PID控制器參數(shù)主要是人工調(diào)整，這種方法不僅費(fèi)時，而且不能保證獲得最佳的性能。粒子群算法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于函數(shù)優(yōu)化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練、模糊系統(tǒng)控制以及其他應(yīng)用領(lǐng)域，本文通過改進(jìn)粒子群算法對PID控制器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：改進(jìn)粒子群算法；PID控制器；優(yōu)化設(shè)計(jì)

（一）. PID控制器原理

PID 控制器是一個在工業(yè)控制應(yīng)用中常見的反饋回路部件[1-2]，其應(yīng)用范圍非常廣泛。它的一般形式如下：

分別是對系統(tǒng)誤差信號及其積分與微分量的加權(quán)。

控制器通過KP，Ki，Kd就能夠計(jì)算出控制信號來驅(qū)動受控對象。如果控制器的設(shè)計(jì)合理，那么控制信號將會使得誤差往減小的方向變化，達(dá)到最終控制的要求。

PID控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

PID控制器的優(yōu)化問題就是確定一組合適的參數(shù)KP，Ki，Kd，使得指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。本文選用ITAE指標(biāo)作為最終的最優(yōu)化目標(biāo)。

（二）. PID控制器模型的建立

在simulink中搭建PID控制器模型，如圖2所示。本文選取的被控對象為以下不穩(wěn)定系統(tǒng)：

（三）. 改進(jìn)粒子群算法優(yōu)化

改進(jìn)粒子群算法[3-4]中粒子在搜索空間中的速度和位置以如下公式更新：

通過在matlab中編制程序，種群規(guī)模設(shè)置為400，最大迭代次數(shù)為200，最小適應(yīng)值為0.2，速度范圍為[-1，1]。運(yùn)行程序得到最優(yōu)控制參數(shù)分別為KP=33.6470，Ki=0.1762，Kd=38.7880，性能指標(biāo)如圖3所示，ITAE=1.05。

（四）.結(jié)論

本文通過改進(jìn)粒子群算法來優(yōu)化PID控制器，優(yōu)化時間大大縮減，優(yōu)化效果大為提升，實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果我們可以從中得到， 改進(jìn)的粒子群算法使其全局搜索能力得到了提高與改善，其收斂速度和尋優(yōu)速度也得到增強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

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