基于遗传算法的PID控制器参数优化研究.pdf

第27卷第1l期计算机仿真2010年l1月

文章编号：1006—9348(2010)11—0180—03

基于遗传算法的PID控制器参数优化研究

牛芗洁，王玉洁，唐剑
(北京农学院，北京102206)

摘要：研究自动控制器参数优化问题，PID参数优化是自动控制领域研究的重要内容，系统参数选择决定控制的稳定性和快
速性，也可保证系统的可靠性。传统的PID参数多采用试验加试凑的方式由人工进行优化，往往费时而且难以满足控制的
实时要求。为了解决控制参数优化，改善系统性能，提出一种遗传算法的PID参数优化策略。通过建立遗传算法优化的PID
控制器参数模型，在控制过程中将PID参数作为遗传算法中的个体，采用控制误差绝对值时间积分函数作为优化目标，动态
调整PID的三个控制参数，进行PID控制参数的在线优化，将优化方案应用于农业温室温度控制系统进行了仿真。仿真表
明，引入遗传算法的PID控制系统，提高了动态性能，增强系统稳定性和快速性，保证实现了控制效果。
关键词：比例积分微控制器；参数整定；优化；遗传算法
中图分类号：TP181文献标识码：B

OptimizationParameters0fPIDControllerParameters
BasedonGeneticAlgorithm

NIUXiang—jie，WANGYu—jie，TANGJian
(BeijingUniversityofAgriculture，Beijing102206，China)

ABSTRACT：ThesettingandoptimizationofPIDparametersarealwaystheimportantstadytopicsintheautomatic

controlfield．ThecontroleffectdependsonPIDcontroller，andthemutualcoordinationandinterdependentofthree

parameters：integral，proportionanddifferentia1．Originaloptimizationmethodisatime—consumingmethodandcan
notgetsatisfiedcontroleffect．Inordertosolvethisproblem，geneticalgorithm(GA)isappliedtoPIDcontroller．
ThroughtheestablishmentofgeneticalgorithmofPIDcontrollerparametersoptimizationmodel，intheprocessofPID

control，threeparametersareusedastheindividualofGA，andthePIDparametersoptimizingdesignisthetarget．It
canadjustthreecontrolparametersincontrolprocessandthussetsPIDparametersonline．Simulationresultsindi—

catethatthePIDcontrollerwithgeneticalgorithmhasstrongeradaptabilityandbettereffect．

KEYWORDS：PIDcontroller；Parametersetting；Optimization；Geneticalgorithm

l引言产过程往往具有非线性、时变不确定性，应用常规的优化方
PID控制器是迄今为止最通用的控制器类型，具有结构法难以建立准确的数学模型，控制器不能达到理想的控制效
简单、鲁棒性强和可靠性高的特点，人们对它的原理、物理意果。近年来，随着智能控制理论的发展，利用人工神经网
义等相当熟悉，因为已经建立起了比较完善的理论体系，所络对PID控制器进行优化设计，已成为当前的一个研究热
以被广泛应用于过程控制和运动控制中，尤其适用于可建立点。但是神经网络法需要大样本训练，且容易出现数值病
精确数学模型的确定性控制系统⋯。态和陷入局部最优问题，控制效果有时难以达到理想值，且
PID控制性能与比例系数(K。)、积分时间(T1)和微分时神经网络具有不稳定性，这些缺点限制了神经网络广泛应
间(1rd)三个参数的整定有直接关系。目前PID参数的优化用。遗传算法是一种新型的、模拟生物进化机制的随机化搜
方法很多，如Ziegler—Nichols法、间接寻优法、梯度法、爬山索和优化方法，具有并行计算、全局收敛、编码操作等特点。
法等j。这些方法具有较好的寻优特性，可使系统性能有所
由于其算法结构的开放性，易于