分数阶PID控制器参数的自适应设计.pdf

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分数阶PID控制器参数的自适应设计黄丽莲，周晓亮，项建弘SelfLadjparameters引言(哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江哈尔滨150001)ustingdesignofthefractional0rderPIDcontroller第35卷第5期系统工程与电子技术要：分数阶比例一积分一微分(proportional—integral一de“vative，PID)控制器是整数阶PID控制器在复数域的推广，通过引入两个可调参数A和岸使得控制器参数整定范围变大，但使得参数设计变得更加复杂。针对分数阶PID控制器的特点，提出了一种参数自适应的改进型差分进化算法整定方法，在目标函数的选取上，针对传统时间与绝对误差乘积准则对超调量控制不足，引入误差与控制信号加权，分别对整数阶和分数阶被控模型进行理论分析和数值仿真，仿真结果证明了该控制器参数设计方法的有效性和准确性。关键词：分数阶比例一积分一微分控制器；差分进化；参数整定；自适应Jian—hongself．adjO近年来，随着科技的进步，计算机技术的飞速发展，以及实际控制系统对精度的要求越来越高，分数阶系统在控制领域被高度重视，在控制器设计方面取得了较大进展。文献[1]提出了一类P11驴控制器，并验证了该类控制器对于分数阶被控对象有效；文献[2]提出了基于预期交叉频率和相位裕度的频域分析方法。文献[3]提出了一种基于复平面上极点分布情况的设计方法；文献[4—6]在P11p的数字实现方面均取得了很大的成就。在实际工程中，分数阶控制系统已应用在超前校正器和滞后补偿器L71，具有时延和丢包特性的网络控制系统邙]，高超速飞行器抗扰姿态控制器[e3等。在P1、p控制器中，微分和积分的阶次通常不是整数，比传统的比例一积分一微分(proportional—intrgral—derivative，PID)控制器多了两个可变参数，在提高参数精确性的同时，也使得结构变得更加复杂。因此，针对分数阶控制系统的参数整定方法已成为当前研究的热点。差分进化算法(differentialevolution，DE)是一种基于生物遗传进化规律的连续空间内全局优化策略[1⋯。与普通的遗传算法(geneticalgo“thms，GA)相比具有明显的优势，采用浮点矢量编码方式和算术运算，降低了运算过程的复杂度并提高了可靠性。DE经过不到20年的发展及改进，已广泛应用在实际问题中，如非线性化学过程优化口“、多目标优化问题[123及圆阵天线的稀步优化口31等。本文根据DE算法可应用于多参数约束条件目标函数寻优，将PI、D}i的5个参数作为变量进行编码，在Simulink环境下2013年5月May文章编号：1001—506x(2013)05—1064一06摘中图分类号：TP文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1001—506X．2013．05．28HUANGLi—lian，ZHOUXiao一1iang，XIANGo，I，z，o"7l口￡io咒口，zdC07咒m“起ic乜￡io竹E竹gi起PPri竹g，Hn，-6i咒E，zgi咒ee一，zg5000】，C^i懈)objectivetuning；self-adiusting基金项目：国家自然科学基金(61203004)；中央高校基本科研业务费专项资金(HEucFTl203)；黑龙江省自然科学基金(F201220)资助课题V01．35SystemsEngineeringandElectronics网址：www．sys—ele．comon(CoZZ已98U挖i。Prs缸y，H口r6i挖jAbstract：Theorderproportional—integral—derivative(PID)controllerisexpansionclas—sicalintegralcontroIlerincomplexdomain．Twovariableand卢arebroughtexpandtuningrange，butmademorecomplicated．ForcharacteristicsPID，amodifieddifferentialevolutionalgorithmwithparameterpresentedcontr01一ler．Tochoosefunction，theweightedadditioncontrolsignaldisadvantageovershootcontr01integratedtimeabsolutecriterionintroduced．Theoreticalanalysissi—mulationcarriedintegerplantseparately．Thesimulationresultsil—lustrateef