[发明专利]一种性能可控PID控制器参数优化整定方法

权利要求书

1.一种性能可控PID控制器参数优化整定方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)由被控过程和PID控制器构成单回路负反馈仿真控制系统，建立PID控制器传递函数；

(2)采用遗传算法优化PID控制器参数比例系数K_P、积分系数K_I和微分系数K_D。

2.根据权利要求1所述的一种性能可控PID控制器参数优化整定方法，其特征在于：步骤(1)具体步骤如下：

过程输出为y(t)，输入为PID控制器的输出u(t)，PID控制器的输入为过程输出设定值r与y(t)之差e(t)，t为时间，过程传递函数为G(s)，PID控制器传递函数为：

s为复数域内的复变量，K_P为比例系数，K_I为积分系数，K_D为微分系数。

3.根据权利要求1所述的一种性能可控PID控制器参数优化整定方法，其特征在于：步骤(2)具体步骤如下：

(2.1)设置PID控制器参数K_P、K_I和K_D的优化搜索范围：

利用步骤(1)构成的单回路负反馈控制系统，通过设定值r作单位阶跃扰动仿真实验，采用临界比例带法，得到K_P、K_I和K_D的一组整定参数K_P0、K_I0和K_D0，PID控制器的三个参数的优化值搜索范围分别设为：K_P∈(0,β_P·K_P0)，K_I∈(0,β_I·K_I0)，K_D∈(0,β_D·K_D0)，其中β_P、β_I和β_D分别为大于1的实数，取值均为5-10之间的值；

(2.2)采用新型性能指标计算遗传算法适应度函数值f：

设定值r作单位阶跃扰动，通过仿真采用下式计算适应度函数值：

其中，c为大于0的常数，J为新型积分优化性能指标：

式中，k为采样时刻，e(k)为k时刻设定值r与过程输出y之差，ce(k)为k时刻e(k)的变化率，

T为采样周期，λ为大于0的实数，N为正整数，满足N*T时间大于过程阶跃响应从变化到稳定所需的时间；

(2.3)采用遗传算法进行参数优化：

以K_P、K_I和K_D三个变量作为个体，按照步骤(2.2)的方法计算适应度函数值，采用遗传算法在步骤(2.1)设置的范围内进行迭代寻优计算，迭代优化后种群中适应度函数值最大的个体即为PID控制器三个参数K_P、K_I和K_D的优化整定值。

4.根据权利要求1所述的一种性能可控PID控制器参数优化整定方法，其特征在于：所述的PID控制器参数优化整定方法提出的性能指标表达式如下：

式中，ce(t)为偏差变化率，λ为权系数。

5.根据权利要求4所述的一种性能可控PID控制器参数优化整定方法，其特征在于：通过调整λ的取值可有效地改变最终的优化性能，增大λ可降低PID控制器的控制速度，系统超调量减小；减小λ可加快PID控制器的控制速度，系统超调量增大。