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专利号: 2023108828283
申请人: 济南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2026-02-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于改进型PID最优鲁棒性控制方法,其特征在于,利用改进浣熊优化算法优化PID控制器的三个参数,具体步骤如下:步骤一、构建PID控制器模型;

步骤二、改进基础浣熊优化算法,提出一种"精度确认"机制,将"精度确认"机制应用到步骤三中;

步骤三、将目标值与实时值的差值输入到改进浣熊优化算法模型中,利用改进浣熊优化算法进行迭代得到优化后的PID控制器的三个参数,具体步骤为:S1、算法参数初始化:设置浣熊搜索最大边界ubj、最小边界lbj,种群规模N,最大迭代次数Max_iter,维度dim;

S2、PID控制系统参数取值范围作为浣熊群体的搜索空间,在取值范围内随机选取一组PID控制系统参数作为浣熊初始位置;

S3、基于最小二乘法构建优化目标函数,用于计算适应度值,目标函数的公式为:式中,J为目标函数,t_des为目标值,t_act为实时值;

S4、计算浣熊种群每个个体的当前适应度值并递增排序,记录当前迭代最好适应度值fitness,与上次迭代最好适应度值比较,保留最小适应度值;

S5、将"精度确认"机制融入到基础浣熊优化算法中,进行浣熊种群位置更新;在勘探阶段,用式(1)计算浣熊在树上的位置;

式中, 为浣熊个体新位置,i和j表示第i个浣熊的第j维度位置; 为浣熊上次迭代的位置; 为当前浣熊最优位置;r为[0,1]之间的随机数,I表示{1,2}中的随机整数;N为种群规模;

在开发阶段,利用引入步长的位置更新公式更新位置,如式(2)所示,然后计算概率因子q,若q>q1,则执行式(5),生成一个反向位置来扩展搜索范围,并返回执行S4;

式中,r为[0,1]之间的随机数;Wstep为浣熊步长; 为第j维变量随迭代次数而更新的上下界;q1为实验设定值,取值0.5;N为种群规模;

S6、判断是否达到最大迭代次数,若是,则寻优停止输出最优参数,否则返回S4继续寻优;

S7、将最优数据赋值给Kp、Ki、Kd带入到受控对象中进行仿真,得到最佳数据情况下的模型输出结果;

所述步骤二中,"精度确认"机制,具体分两步执行:

D1、在开发阶段,改进基础浣熊优化算法寻优步长,防止遗漏最优解问题出现,如式(3)所示;

式中,Wstep为浣熊步长;t为当前迭代次数;Max_iter为最大迭代次数;fitness为当前迭代最优适应度值;fit(i)为当前迭代第i个个体的适应度值;

D2、引入概率因子q,如式(4)所示,当q>q1时,则表示当前迭代陷入局部最优,则执行式(5),生成一个反向位置来扩展搜索范围;

式中,r1为[0,1]之间的随机数;fitness为当前迭代最优适应度值;fit(i)为当前迭代第i个个体的适应度值;q1为实验设定值,取值0.5;

式中, 为第i个浣熊的第j维度位置的反位置;Xi(j)为第i个浣熊的第j维度位置;

ubj和lbj为搜索空间中第j维变量的最大边界和最小边界;K为透镜对立的学习因子。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进型PID最优鲁棒性控制方法,其特征在于,所述步骤一中,PID控制器模型包括目标值和实时值的偏差计算模块、PID控制器模块、改进浣熊优化算法模块、受控对象模块。