[发明专利]一种性能可控PID控制器参数优化整定方法

说明书

本发明公开了一种性能可控PID控制器参数优化整定方法。该方法首先根据被控过程的传递函数，采用传统的临界比例带法整定PID控制器的三个参数比例系数K_P、积分系数K_I和微分系数K_D，根据整定结果确定K_P、K_I和K_D参数的优化值搜索范围；然后基于由偏差和偏差的变化率构成的新型优化性能指标及其相应的适应度函数，采用遗传算法优化PID控制器的三个参数K_P、K_I和K_D。本发明提供的方法可通过改变优化性能指标中的偏差变化率的权重，方便、有效地调整优化效果，及最终的PID控制器的控制性能。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种性能可控PID控制器参数优化整定方法。

背景技术

PID控制器由于算法简单、鲁棒性好，因而在过程控制中得到广泛应用。PID控制器参数优化整定的性能取决于优化性能指标。一般采用的是如下一类的偏差积分型性能指标：

该类指标的不足是最终的优化性能不可调整。尽管提出一些基于上述指标的改进型指标，如分段积分等，但优化性能对性能指标中的参数不敏感，未能很好地解决如何有效调整最终优化效果的问题，不利于工程应用。

发明内容

发明目的：为解决上述问题，本发明提出一种性能可控PID控制器参数优化整定方法，通过改变新型优化性能指标中的偏差变化率的权系数，方便、有效地调整最终的优化整定效果。

技术方案：一种性能可控PID控制器参数优化整定方法，包括以下步骤：

(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，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；

(2)采用遗传算法，按如下步骤优化PID控制器参数K_P、K_I和K_D：

(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：