毕业论文---采用遗传算法进行PID参数的整定的方法

1、 1 目 录 第 1 章 绪论 2 1.1 PID 控制系统研究的重要意义 2 1.2 PID 控制系统参数整定的研究状况 . 2 1.3 本论文的研究方向和主要工作 3 第 2 章 PID 控制参数整定方法 . 5 2.1 PID 控制原理 . 5 2.2 常用 PID 参数整定方法及缺点. 6 2.3 PID 控制参数整定的常见方法 6 第 3 章遗传算法的概述. 8 3.1 遗传算法的发展史 . 8 3.2 遗传算法的基本原理 8 3.2.1 遗传算法的基本操作 8 3.2.2 遗传算法的主要特点 9 3.3 遗传算法的优化设计 10 3.3.1 遗传算法的运算过程 10 3.3.2 遗

2、传算法的构成要素 .11 3.3.3 遗传算法的应用步骤 .11 3.4 遗传算法的应用 . 12 第 4 章基于遗传算法的 PID 整定 14 4.1 基于遗传算法的 PID 参数整定优点 14 4.2 基于遗传算法的 PID 整定的实现 15 4.2.1 编码和解码 15 4.2.2 初始种群的确定 . 15 4.2.3 适配函数的确定 . 15 4.2.4 遗传算子的确定 . 16 4.2.5 遗传算法的操作 . 16 4.2.6 利用遗传算法优化 PID 控制参数的具体步骤 . 17 4.3 基于遗传算法的 PID 整定的程序设计 17 4.3.1 遗传算法复制算子的实现 17 4.3

3、.2 遗传算法交叉算子的实现 18 4.3.3 遗传算法变异算子的实现 18 第 5 章 基于遗传算法的 PID 参数的寻优设计及仿真 20 5.1 基于遗传算法的直流调速系统 . 20 5.1.1 直流调速系统的简单介绍 . 20 5.1.2 直流电动机的数学模型 22 5.1.3 基于遗传算法的 PID 参数的整定的具体步骤 24 5.2 仿真结果 . 26 5.3 遗传算法整定 PID 参数的程序 . 26 结论. 35 致 谢 . 36 2 第 1 章 绪 论 1.1 PID 控制系统研究的重要意义 在工业过程控制中，PID控制是历史最悠久，生命力最强的控制方式。它是 迄今为止最通用的

4、控制方法，大多数反馈回路用该方法或较小的变形来控制2。 我们今天所熟悉的PID控制器产生并发展于1915-1940年期间。尽管自1940年以 来，许多先进控制方法不断推出，但是PID控制是工业过程控制中应用最广的策 略之一,由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制， 尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。如被广泛应用于冶金化工、 电力、轻工和机械等工业过程控制中。据日本电气计测器工业会先进控制动向调 查委员会1990年统计， 在日本有91%的控制回路采用的是PID控制器控制。 在美国， 据控制工程杂志（Control Engineering）编辑K.J.Kkompass估计，有90%以上的工 业控制器采用的是PID调节器。而在我国现在PID控制器的应用就更加普遍。据 估计：我们国家过程工业中需要50万个PID参数自整定控制器。PID控制器的发 展经历了液动式、气动式、电动式几个阶段，目前正由模拟控制器向数字化、智 能化控制器的方向发展。这些数字化、智能化的控制器有着传统的模拟控制器所 无法比拟的优点，如：可以灵活的改变控制参数可以灵活的改变控制策略等