【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于pid控制优化，尤其涉及一种基于改进桶水母算法的建筑环境pid控制方法。
技术介绍
1、建筑材料的温度控制对于确保建筑物的结构和性能至关重要；在建筑材料中，需要温度控制的地方有如水泥胶砂强度的检验和建筑材料的养护；而在建筑材料养护过程中，需要控制相对湿度>50%、温度在20℃±2℃范围内；并且弹性体改性沥青防水卷材（sbs）等防水材料的性能对环境温度更为为敏感，进行拉伸试验时要求室温控制在23℃±2℃；总之，在建筑材料的生产和养护过程中，对温度控制的要求很高。
2、pid控制作为一种经典的控制方法，被广泛应用于建筑材料的温度控制；然而，在复杂的建筑环境中，对于非线性系统或者在外部环境温度快速变化的时候，传统的pid控制方法往往达不到想要的性能。为了提高建筑材料温度控制系统的性能，智能算法优化pid控制在建筑材料的温度控制中逐渐成为主流，如建筑材料温度模糊pid控制、遗传算法优化建筑材料温度pid控制和粒子群算法优化建筑材料温度pid控制。
3、桶水母算法(roa)是2023年提出的一种新的元启发式算法，模拟了海洋中桶水母的觅食和群体运动的过程：(1)觅食行为；(2) 群体运动行为；将roa算法与其他最新的元启发式算法比较，结果表明roa算法具有明显的优势和较强的竞争力，更加适合实际的工程应用；但与一般的元启发式算法一样，桶水母算法存在开发阶段会陷入局部最优解的风险。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：解决桶水母算法开发阶段容易陷入局
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种基于改进桶水母算法的建筑环境pid控制方法，通过改进桶水母算法优化建筑环境的温度pid控制器的参数，提升建筑环境温度pid控制器的稳定性和响应速度，具体包括以下步骤。
4、s1、使用simulink建立建筑环境温度pid控制器的仿真模型，其中包括：期望建筑环境温度，温度偏差计算模块，温度pid控制模块，改进桶水母算法模块，传递函数，环境温度采集模块。
5、s11、选择合适的非线性函数作为传递函数模拟建筑环境温度的变化过程，传递函数的公式为：；
6、其中，s为传递函数的自变量，g为传递函数的输出值，在建筑环境温度pid控制器中代表实际输出温度值。
7、s12、选择itae作为建筑环境温度pid控制器的性能评价函数，itae的公式为：;
8、式中，为计算出的建筑环境温度目标函数值，t为pid控制器的时间，为目标建筑环境温度与实际建筑环境温度的绝对误差，对t和的乘积进行积分，得出的值作为适应度值；得出的值作为建筑环境温度pid控制器的性能指标，通常fit越小，建筑环境温度pid控制器的性能越好。
9、s13、将设定好的目标温度与建筑环境中的实际温度求偏差得到e（t），将偏差量e（t）输入到温度pid控制模块中，通过改进桶水母算法优化温度pid控制模块的kp、ki、kd参数，经过pid控制输出控制量u（t）到传递函数中，输出建筑环境中的实际温度t(t)到示波器和温度采集模块，在50个采样时间内对建筑环境温度pid控制器的输出温度值重复采样和闭环控制，最终使建筑环境中的实际温度稳定在目标温度左右。
10、s2、建立基础桶水母算法数学模型。
11、.s3、改进基础桶水母算法，改进基础桶水母算法具体分为以下两个步骤。
12、s31、采用自适应t分布变异改进局部强化优化算法的全局搜索策略。
13、s32、将改进后的局部强化优化算法融入桶水母算法的群体运动阶段的位置更新公式中，新的位置更新公式如下：；
14、式中，k为当前迭代次数，为在当前迭代中种群第i个个体的位置，β取值为1.4，为t分布扰动变异函数，为当前迭代中种群最佳个体位置。
15、s4、通过改进桶水母算法优化建筑环境温度pid 控制器的参数，最终传入参数到建筑环境温度pid控制器仿真模型中。
16、进一步地，所述步骤s4，通过改进桶水母算法优化建筑环境温度pid 控制器的参数，具体步骤为：
17、s41、确定种群迭代过程中的适应度函数，选择建筑环境温度pid控制器的性能评价函数作为桶水母群的适应度函数；
18、s42、初始桶水母算法的种群，包括随机初始化种群个体位置和种群的相关参数，设置种群总体规模n为30、问题维度dim为3、搜索空间上下界[lb，ub]为[0.05，10]和最大迭代次数max_iter为20，随机初始化种群位置公式如下：（1）；
19、式中，为第i个桶水母的位置，为桶水母群的初始位置，取值为0到1之间，不能取值为{0，0.25，0.5，0.75，1}，参数λ设置为4.0，限制桶水母种群位置在初始化的过程中不能超出的取值范围；
20、s43、初始化种群后，选择种群中适应度最小的个体位置作为种群最佳个体位置；
21、s44、当桶水母超过搜索区域的边界时，它将重新进入相反的边界，更新建筑环境温度pid控制器参数解，式（2）中说明了这个过程，式（2）公式如下：
22、（2）；
23、式中，为第i个桶水母在d维上的位置，为检查边界约束后更新的位置，和分别为搜索空间中第d维的上界和下界；
24、s45、根据种群运动因子的大小判断种群处于什么阶段，当大于0.5时，桶水母处于觅食阶段，选择快速模拟退火策略作为桶水母的食物搜索策略，公式如下：（3）；
25、式中，s为取值为[0，1]的随机数，t 表示温度，用于衡量步长中波动大小的程度；
26、s46、通过概率选择的方式确定是否更新个体的位置，即更新建筑环境温度pid控制器参数解，概率选择的公式如式（4）所示：
27、（4）；
28、（5）；
29、（6）；
30、式（4）中，p为位置更新的概率，min（）函数为选择更小值函数，为根据公式（3）和公式（5）计算出的个体位置与个体所在位置的差值，t0为快速模拟退火策略的初值，k为当前迭代次数；
31、s47、当小于0.5时，桶水母处于群体运动阶段，采用随机游走策略决定桶水母的群体运动方式，更新建筑环境温度pid控制器参数解，公式如下：
32、；
33、式中，和的意义同上，为当前迭代中种群最佳位置，rand(0，1)为取值在[0，1]之间的随机数，β取值为1.4，为步长向量；
34、s48、步长向量的公式如下：
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【技术保护点】
1.一种基于改进桶水母算法的建筑环境PID控制方法，其特征在于，通过改进桶水母算法优化建筑环境的温度PID控制器的参数，提升建筑环境温度PID控制器的稳定性和响应速度，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于改进桶水母算法的建筑环境PID控制方法，其特征在于，步骤S1中，所述建筑环境温度PID控制器的仿真模型包括：期望建筑环境温度，温度偏差计算模块，温度PID控制模块，改进桶水母算法模块，传递函数，环境温度采集模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于改进桶水母算法的建筑环境PID控制方法，其特征在于，所述S1、建立建筑环境温度PID控制器的仿真模型具体步骤包括有：S11、选择合适的非线性函数作为传递函数模拟建筑环境温度的变化过程，传递函数的公式为：；
4.据权利要求2所述的一种基于改进桶水母算法的建筑环境PID控制方法，其特征在于，步骤S3中，在桶水母算法的群体运动阶段的策略中融入改进局部强化优化算法，改进桶水母算法的位置更新公式如下：
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种基于改进桶水母算法的建筑环境PID控制方法，
6.根据权利要求5所述的一种基于改进桶水母算法的建筑环境PID控制方法，其特征在于，所述步长向量的公式如下：
7.根据权利要求5所述的一种基于改进桶水母算法的建筑环境PID控制方法，其特征在于，贪心选择的公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于改进桶水母算法的建筑环境pid控制方法，其特征在于，通过改进桶水母算法优化建筑环境的温度pid控制器的参数，提升建筑环境温度pid控制器的稳定性和响应速度，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于改进桶水母算法的建筑环境pid控制方法，其特征在于，步骤s1中，所述建筑环境温度pid控制器的仿真模型包括：期望建筑环境温度，温度偏差计算模块，温度pid控制模块，改进桶水母算法模块，传递函数，环境温度采集模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于改进桶水母算法的建筑环境pid控制方法，其特征在于，所述s1、建立建筑环境温度pid控制器的仿真模型具体步骤包括有：s11、选择合适的非线性函数作为传递函数模拟建筑环境温...
【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，牛磊，邓国瑞，曹剑然，徐金金，
申请(专利权)人：天津仁爱学院，
类型：发明
国别省市：
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