[发明专利]一种基于改进萤火虫算法的恒定磨削力PID控制优化方法

权利要求书

1.一种基于改进萤火虫算法的恒定磨削力PID控制优化方法，其特征在于，该方法针对于磨削作业时钢轨受到的法向磨削力；设定的磨削力经过控制器、伺服进给系统和磨削加工后得到一个能测量到的法向磨削力，通过控制系统的反馈来比较设定的磨削力和测量到的法向磨削力的误差大小，然后将误差输入控制器并通过控制伺服系统调节定位靴的运动从而调节砂轮对钢轨的压力，如此循环下去，最终使法向磨削力接近设定值；

该PID控制系统模型中存在一个大萤火虫种群，该萤火虫种群随机分布在解空间中，每只萤火虫因为所处的位置不同发出的荧光亮度也不同；以每一组可行的PID控制参数作为萤火虫初始值，利用改进萤火虫算法搜索出最优的PID控制器参数；包括以下步骤：

步骤一，初始化算法基本参数：包括萤火虫数目m，种群维数3，最大吸引度β₀,光强吸收系数γ，最大迭代次数maxT，小范围半径r₁，小种群萤火虫数目m₁，低迭代次数t₁；

步骤二，随机初始化所述萤火虫的位置，计算所述萤火虫的目标函数值作为各自的最大荧光亮度I₀；

步骤三，根据所述萤火虫的相对荧光亮度公式和吸引度公式计算群体中所述萤火虫的相对亮度I和吸引度β，再根据所述相对亮度I决定所述萤火虫的移动方向；

步骤四，根据所述萤火虫的位置更新公式更新所述萤火虫的空间位置，并对所有所述萤火虫进行亮度排序，找出最亮的所述萤火虫，再以该最亮萤火虫位置为中心进行小范围半径r₁、小种群萤火虫数目m₁、低迭代次数t₁的萤火虫算法优化，输出最亮的所述萤火虫，将小种群迭代前后的两个最亮的所述萤火虫作亮度比较，保留较亮者位置；

步骤五，根据更新后的所述萤火虫位置，重新计算各所述萤火虫的亮度；

步骤六，达到所述最大迭代次数maxT则转下一步，否则搜索次数加1并转到所述步骤三，进行下一轮搜索；以及

步骤七，输出全局极值点和最优个体的位置值；

其中，所述步骤二中，所述萤火虫的位置为三维，对应PID控制器的三个控制参数K_P，K_I，K_D；

其中，所述步骤二中，由于PID参数优化是求性能函数J的极小值问题，采用误差绝对值乘时间积分作为参数选择的性能指标：

其中，t是时间，e(t)是误差；

定义性能函数J的倒数为所述萤火虫的目标函数：

其中，所述步骤三中，所述萤火虫的所述相对荧光亮度公式为：

所述吸引度公式

所述最大荧光亮度I₀，与所述目标函数值正相关，

r_ij为萤火虫i与萤火虫j之间的空间距离；

其中，所述步骤四中，所述萤火虫i被吸引向所述萤火虫j移动的位置更新由式：

X_i为萤火虫i所处的空间位置，

X_j为萤火虫j所处的空间位置，

rand为[0,1]上服从均匀分布的随机因子；

其中，所述步骤七中，最优个体的位置值即是PID控制器的最优参数。