基于随机算法的pid控制器参数选定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于控制器技术领域。
【背景技术】
[0002] PID控制器参数选定的合理性是决定控制器能否具有很好的工作性能的先决 条件和基础，合理的PID参数会提高控制器的计算速度和控制性能。但目前国内的PID 参数选定技术普遍还停留在费时费力的手动辨识阶段，控制器参数选定主要存在以下 问题： 1.同一个PID控制器在控制不同被控对象的时候，控制器参数也需要重新选定，这就 导致工作量重复，工作效率底下。
[0003] 2.传统的人工选定PID参数需要重复进行仿真实验，不断记录控制结果，反复对 比来确定，这种方法开发周期长且需要大量的人力资源。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于随机算法来简化PID控制器参数选定问题的基于 随机算法的PID控制器参数选定方法。
[0005] 本发明分为选择随机数维数，选择循环次数和选择控制结果评判标准； 选择随机数维数：首先需要明确是否需要为微分参数选择参数范围，若需要，则 选择产生三维随机数据，若不需要，则选择产生二维随机数据；描述如下：
【主权项】
1. 一种基于随机算法的PID控制器参数选定方法，其特征在于：分为选择随机数维数， 选择循环次数和选择控制结果评判标准； 选择随机数维数：首先需要明确是否需要为微分参数选择参数范围，若需要，则 选择产生三维随机数据，若不需要，则选择产生二维随机数据；描述如下：
为初值，M为模数，a为乘子，b为增量，Xn，a，b，M均为非负整数；m〇dM的意 思是对M取余数，从而有：
二维随机算法如下：
循环次数的选择： 精度和循环次数成比例关系，数学描述如下：
1是精度，n是实验次数； 评判标准选择： A、 误差平均值： 数学描述如下：
对误差平均值的范围进行限定，数学描述如下：
G.为一次实验第i步的误差，￥ .为误差最小值，￥ 为误差最大值； wimmmax B、 误差的方差和标准差： 数学描述如下：
对误差的方差和标准差进行限定：
ST为实验方差，C0为标准差，ST>iran是设定的方差最小值，sT)max是设定的方 差最大值，〇〇mm是设定的标准差最小值，?max是设定的标准差最大值；c、超调量： 超调量的数学描述如下：
是被控对象的实际输出最大值，yp是期望值，只要通过不等式的约束就可 以限定最大的可接受超调量； D、最大误差：
当对控制结果的波动性有要求时，选择A;对控制器稳态性能有所要求时，选择B，对控 制器快速性所有要求时，选择C;对控制器瞬态控制效果有所要求时，选择D;在对控制结果 进行评判时，可以同时使用多个评判标准进行评判； 生成随机数：首先初始化参数，也就是为上述的\ ,a，b，M赋初始值，然后用"LCG方 法"产生二维或者三维的随机数，将产生的随机数每一维除以M进行归一化处理，这样就可 以使随机数的每一维都在[〇, 1]区间上，归一化和范围放缩数学描述如下：
调用控制器和被控对象模型：在生成随机数后，调用控制器和被控对象模型； 处理控制结果并与评判标准对比：每次的控制结果都需要进行处理求出需要的指标， 再将求出的指标与已经选好的评判标准进行对比，并存储； 判断循环次数递减：上述过程完成之后就表示着一次循环完成，循环次数要递减1，递 减之后的循环次数与零进行对比，若不为零则进行下一次循环，若为零则输出参数范围图， 从参数范围图上可以得到满足要求的参数范围。
【专利摘要】一种基于随机算法的PID控制器参数选定方法，属于控制器技术领域。本发明的目的是提供一种基于随机算法来简化PID控制器参数选定问题的基于随机算法的PID控制器参数选定方法。本发明分为选择随机数维数，选择循环次数和选择控制结果评判标准三步骤来完成。本发明主要针对于PID控制器参数选定问题设计开发了基于随机算法的参数选定方法。首先要明确待选取参数的个数，采用随机算法生成相应个数的参数。然后将随机产生的参数作用于控制器，进行循环实验。最后根据选定的评判标准对控制结果进行评判。并为每一个待定参数选取符合评判标准的范围。该方法操作流程简单，运用灵活，大大提高了工作效率，缩短了控制器开发周期并且具有普遍适用性。
【IPC分类】G05B13-04
【公开号】CN104570737
【申请号】CN201410839199
【发明人】胡云峰, 周鑫, 李由, 陈虹
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月30日