[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

说明书

本发明提供的一种基于改进萤火虫算法的恒定磨削力PID控制优化方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤一，初始化算法基本参数；步骤二，随机初始化萤火虫的位置，计算萤火虫的目标函数值作为各自的最大荧光亮度I₀；步骤三，根据萤火虫的相对荧光亮度公式和吸引度公式计算群体中萤火虫的相对亮度I和吸引度β，再根据相对亮度I决定萤火虫的移动方向；步骤四，根据萤火虫的位置更新公式更新萤火虫的空间位置，保留较亮者位置；步骤五，根据更新后的萤火虫位置，重新计算各萤火虫的亮度；步骤六，达到最大迭代次数maxT则转下一步，否则搜索次数加1并转到步骤三，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。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种基于改进萤火虫算法的恒定磨削力PID控制优化方法。

背景技术

钢轨铣磨车是一种新型高效的钢轨打磨设备，采用铣磨车定期的对钢轨进行修复，能够预防钢轨的波磨、接触疲劳、裂纹扩展和磨损，延长钢轨的使用寿命，保证列车运行的平稳性。钢轨铣磨车磨削作业时，磨盘的压下系统是进行钢轨打磨的关键，控制磨盘恒压力接触钢轨才可以实现恒压磨削。要实现钢轨的恒力磨削，消除干扰因素的影响，则需要磨盘对磨削力的变化有更快的响应速度。在现今的工业过程中所有在恒定磨削力的控制方法上都是采用的PID控制。如图1所示为钢轨铣磨车的磨削力恒力控制原理图，本发明研究的PID控制系统优化方法主要针对于铣磨车作业时砂轮下压钢轨时产生的法向磨削力。

PID控制是比例积分微分控制的简称，它是一种建立在经典控制理论基础上的控制策略，在工业过程控制中它是历史最悠久、应用最广泛、生命力最顽强的控制方式，它具有控制系统简单、鲁棒性好、可靠性高和控制效果良好的特点。PID控制的精度主要取决于它的三个参数：比例系数K_P、积分系数K_I、微分系数K_D，但是这三个参数的整定很复杂繁琐。过去人们通常用经验加试凑的方法来调整PID控制参数，但随着工业控制的快速发展，这种方法很难满足控制的需求。在这种情况下，智能优化算法与PID控制系统的结合应运而生，并取得了良好的效果。

萤火虫算法是一种新兴的群智能优化算法，它具有概念简单、需要调整的参数少、易于应用和实现的优点。萤火虫算法在性能上优于粒子群算法和遗传算法，被成功应用于函数优化、生产调度、图像处理、工程技术等各类优化问题。但由于萤火虫算法提出时间较短，数学理论尚不完善，且基本萤火虫算法存在容易陷入局部最优、发生早熟收敛、后期收敛速度慢且易震荡等缺陷。因而在实际应用过程中，基于基本萤火虫算法的PID控制系统其控制效果并不理想，从而限制了萤火虫算法在PID控制器中的应用。

基本萤火虫算法步骤如下：

1)初始化算法基本参数。

2)随机初始化萤火虫的位置并计算萤火虫的目标函数值为各自最大荧光亮度。

3)由式计算群体中萤火虫的相对亮度，由计算萤火虫吸引度，并根据相对亮度决定萤火虫移动方向。

4)根据式更新萤火虫的空间位置，对最佳位置的萤火虫进行随机扰动。其中α为步长因子，是[0,1]上的常数。

5)根据更新后的萤火虫位置重新计算各个萤火虫的亮度。

6)当达到最大搜索次数后则转到7)；否则，搜索次数增加1并转到3)，进行下一次搜索。

7)输出全局极值点和最优个体值。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种收敛快，不易震荡的一种基于改进萤火虫算法的恒定磨削力PID控制优化方法。

本发明提供的一种基于改进萤火虫算法的恒定磨削力PID控制优化方法，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，具有这样的特征，包括以下步骤：