基于PSO辨识与自适应对称模糊PID的控制方法技术

本发明专利技术公开了基于PSO辨识与自适应对称模糊PID的控制方法，包括以下步骤：步骤1，对数据进行初步拟合，拟合完成后的数据基于PSO算法模型对其进行优化辨识，得到辨识函数；步骤2，设计基于辨识函数的PID控制器，PID控制器为基于自适应对称模糊PID控制器。本发明专利技术提出的基于PSO辨识与自适应对称模糊PID的控制方法，拥有辨识精度高，对系统控制的稳定性好，响应时间快以及系统鲁棒性好等优点，适合于很多相关工程领域当中。工程领域当中。工程领域当中。

【技术实现步骤摘要】
基于PSO辨识与自适应对称模糊PID的控制方法


[0001]本专利技术涉及自动控制
，尤其是指基于PSO辨识与自适应对称模糊PID的控制方法。

技术介绍

[0002]现代工程领域，如核电站反应堆温度控制等相关系统中，传统的方法(两点法或近似法等)对采集的数据进行拟合辨识，初步得到的辨识函数，一般辨识精度不高。其次，在工程后续的控制方面，PID控制又是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、稳定性与可靠性好，能为许多控制对象提供比较合适的控制性能，被广泛应用于过程控制和运动控制中，尤其是用于可建立精确数学模型的确定性控制系统，然而，在实际工业生产过程中往往具有非线性、时变不确定性，应用传统常规的PID控制器不能达到理想的控制效果。而相关智能算法的研究，则是现代工程领域优化控制的主要技术之一。
[0003]传统系统辨识主要依据阶跃扰动的响应的离散点进行模型的辨识，因此主要论述阶跃响应法的求取方法。通过给系统施加一个阶跃响应信号，然后获得系统的阶跃响应观测值来辨识系统的传递函数。利用绘制出的阶跃响应曲线，然后利用切线法或者是两点法来近似传递函数，切线法和两点发适合规则的阶跃响应曲线，而面积法可以用于阶跃响应曲线不规则的情况下进行辨识，但是面积法计算量大。当阶跃响应曲线比较规则时，近似法、半对数法、切线法和两点法都能比较有效地导出传递函数，但这些方法的通用性比较差，计算精度依赖于测绘仪器；当阶跃响应曲线呈现不规则形状时，可以采用面积法，而面积法存在着易于陷入局部最小等缺点。所以，近年来又出现了PSO算法等相关智能辨识手段。
[0004]PID控制器参数的整定是一项重要的工作，在设计和运行中直接影响系统的品质。传统的整定多采用试验试凑得人工整定法，难以寻找全局最优的PID参数，因此整定后的系统品质更多的取决于工程人员的经验。目前，PID整定的方法有：基于被控过程对象参数辨识的整定方法；基于模式识别的专家系统整定等。而一般PID不进行整定，在遇到非线性常规对称数据时，就会出现控制的差异，从而影响控制效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术中的PID控制方法误差较大，影响控制效果的缺陷，提供一种基于PSO辨识与自适应对称模糊PID的控制方法。
[0006]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现：基于PSO辨识与自适应对称模糊PID的控制方法，包括以下步骤：步骤1，对数据进行初步拟合，拟合完成后的数据基于PSO算法模型对其进行优化辨识，得到辨识函数；步骤2，设计基于辨识函数的PID控制器，PID控制器为基于自适应对称模糊PID控制器。
[0007]作为优选，所述的步骤1具体为：对数据采用两点法进行拟合，然后通过PSO算法模型进行优化辨识，PSO算法模型包括主函数与子函数，主函数包含适应度函数、更新速度函数、更新位置函数三个函数，子函数为两阶系统传递函数；根据PSO算法模型得出符合要求的辨识函数，根据辨识函数得出的数据与初步拟合的数据做对比，作为PID控制器优化控制的基础。
[0008]作为优选，所述的步骤2具体为：建立2输入3输出的自适应对称模糊PID控制器，包括对称规则库和隶属函数，自适应对称模糊PID控制器以误差e和误差变化率ec作为输入，PID控制器的三个参数P、I、D的修正值作为输出。
[0009]作为优选，所述的对称规则库具体为取输入误差e和误差变化率ec及输出的模糊子集为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，子集中元素分别代表负大，负中，负小，零，正小，正中，正大；误差e和误差变化率ec的取值范围为[
‑
3,3]。
[0010]作为优选，所述的两阶系统传递函数为：Vi＝Vi+c1
·
rand()
·
(Pbesti
‑
Xi)+c2
·
rand()
·
(Nbesti
‑
Xi)
ꢀꢀ
(1)Xi＝ Xi+ Vi
ꢀꢀ
(2)式中c1和c2是加速常量，分别调节向全局最好粒子和个体最好粒子方向飞行的最大步长，Pbesti为全局最好粒子，Nbesti为个体最好粒子，rand()是0到1之间的随机数；粒子在每一维飞行的速度不能超过算法设定的最大速度Vmax，i是随机的变量。
[0011]作为优选，基于PSO辨识与自适应对称模糊PID的控制方法还计算通过基于PSO辨识与自适应对称模糊PID的控制方法的控制时间，将控制时间与常规的PID控制时间作比较，计算控制时间的减少率。
[0012]本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的基于PSO辨识与自适应对称模糊PID的控制方法，拥有辨识精度高，对系统控制的稳定性好，响应时间快以及系统鲁棒性好等优点，适合于很多相关工程领域当中，如核电站的压水反应堆的温度控制等。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的一种流程图；图2是本专利技术采用的PSO优化算法流程图；图3是传统的PID原理结构图；图4是本专利技术的自适应对称模糊PID原理结构图；图5是自适应对称模糊PID原理流程图；图6是PSO辨识函数误差图；图7是自适应对称模糊控制规则表；图8自适应对称模糊PID与传统PID对比图。
具体实施方式
[0014]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步描述。
[0015]实施例：基于PSO辨识与自适应对称模糊PID的控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1，对数据进行初步拟合，拟合完成后的数据基于PSO算法模型对其进行优化辨识，得到辨识函数；步骤2，设计基于辨识函数的PID控制器，PID控制器为基于自适应对称模糊PID控制器。
[0016]本专利技术整体结构包含了阶跃响应信号单元、自适应对称模糊PID控制器、PSO辨识后的二阶传递函数、传统PID控制器、信号对比的示波器显示单元。
[0017]本专利技术基于PSO算法模型进行优化辨识如图2所示。
[0018]所述的步骤1具体为：对数据采用两点法进行拟合，然后通过PSO算法模型进行优化辨识，PSO算法模型包括主函数与子函数，主函数包含适应度函数F、更新速度函数V、更新位置函数current_position三个函数，子函数为两阶系统传递函数；根据PSO算法模型得出符合要求的辨识函数，根据辨识函数得出的数据与初步拟合的数据做对比，作为PID控制器优化控制的基础。
[0019]所述的步骤2具体为：建立2输入3输出的自适应对称模糊PID控制器，包括对称规则库和隶属函数，自适应对称模糊PID控制器以误差e和误差变化率ec作为输入，PID控制器的三个参数P、I、D的修正值作为输出。
[0020]所述的对称规则库具体为取输入误差e和误差变化率ec及输出的模糊子集为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，子集中元素分别代表负大，负中，负小，零，正小，正中，正大；误差e和误差变化率ec的取值范围为[
‑
3,3]。
[0021]所述的两阶系统传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于PSO辨识与自适应对称模糊PID的控制方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1，对数据进行初步拟合，拟合完成后的数据基于PSO算法模型对其进行优化辨识，得到辨识函数；步骤2，设计基于辨识函数的PID控制器，PID控制器为基于自适应对称模糊PID控制器。2.根据权利要求1所述的基于PSO辨识与自适应对称模糊PID的控制方法，其特征是，所述的步骤1具体为：对数据采用两点法进行拟合，然后通过PSO算法模型进行优化辨识，PSO算法模型包括主函数与子函数，主函数包含适应度函数、更新速度函数、更新位置函数三个函数，子函数为两阶系统传递函数；根据PSO算法模型得出符合要求的辨识函数，根据辨识函数得出的数据与初步拟合的数据做对比，作为PID控制器优化控制的基础。3.根据权利要求2所述的基于PSO辨识与自适应对称模糊PID的控制方法，其特征是，所述的步骤2具体为：建立2输入3输出的自适应对称模糊PID控制器，包括对称规则库和隶属函数，自适应对称模糊PID控制器以误差e和误差变化率ec作为输入，PID控制器的三个参数P、I、D的修正值作为输出。4.根据权利要求3任意一项权利要求所述的基于PSO辨识与自适应对称模糊PID的控制方法，其特征是，所述的对称规则库具体为取输入误差e和误差变化率ec及输出的模糊...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹聪聪，高明，俞建，杨立明，孙吉裕，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司宁波供电公司，
类型：发明
国别省市：