基于小生境混沌免疫算法的PID参数优化.pdf

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1、《电气自动化)2013年第35卷第4期控制理论及其应用ControITheow＆ltsApplications基于小生境混沌免疫算法的PID参数优化鲍克，胡旭东。向忠(浙江理工大学机械与自动控制学院，浙江杭州310018)摘要：在人工免疫算法的基础上，提出了一种小生境混沌免疫算法。通过在免疫算法中引入小生境机制和混沌细搜索，增强了算法保持种群多样性的能力和局部搜索能力；此外，通过对小生境机制与解空间关系的分析，提出了一种小生境距离选取依据。应用于PID参数的优化，并与遗传算法(GeneticAlgorithm，GA)、人工免疫算法(ArtificialImmuneAlgorithm，

2、AIA)进行比较。仿真结果表明，设计的PID控制器控制效果优于GA和AIA。关键词：免疫算法；小生境；混沌；PID控制；参数优化DOI：10．3969／j·issn．1000—3886．2013．04．001[中图分类号]TP273．2[文献标志码]A[文章编号]1000—3886(2013)04—0001—03PIDParameterOptimizationBasedOnNicheChaoslmmuneAlgorithmBA0Ke．HUXu。dong．XIANGZhong(SchoolofMechanicalEngineering&Automation，ZhejiangScienc

3、e&EngineeringUniversity，HangzhouZhejiang310018，China)Abstract：AnnichechaosimmunealgorithmisinspiredbytheArtificialImmuneAlgorithm．Throughintroducingnichemechanismandchaoticlocalsearchintotheimmunealgorithm，thepresentalgorithmenhancestheabilityofkeeppopulationdiversityandlocalsearch．Furthermore，

4、byanalyzingtherelationshipofnichemechanismandsolutionspace，anichedistanceselectionformulaisproposed．ThealgorithmisappliedtotheoptimizationmethodofPIDparameter，andeomp~edtoGA／AIA．ThesimulationresultsshowthattheperformanceofPIDcontrollerbasedonnicheimmunealgorithmissuperiortothatofPIDcontrollerba

5、sedonGA／AIA．Keywordsiimmunealgorithm；niche；chaos；PIDcontrol；parameteroptimization0引言构成控制偏差，将偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量对被控对象进行控制。PID控制器具有结构简单、鲁棒性好、可靠性高等优点，被广依据PID控制原理，调节k、k、ku3个参数，就可以改变控制泛应用于各种工业对象和过程-23。PID参数的优化是PID控量。在采用免疫算法对PID参数进行优化时，可将控制器的性能制中的关键问题，控制参数的优劣直接影响控制效果的好坏，并指标作为目标优化函数，视为抗原，而将参数、k、作为优

6、化与系统的稳定、经济运行息息相关。随着工业技术的发展，被问题的解，视为抗体，其原理如图1所示。控对象日趋复杂，部分被控对象具有大滞后、非线性、无法建立精确数学模型等特点，利用传统方法很难获取最优或次优的PID参数组合。随着人工智能技术和自动控制领域的相互渗透，各种先进PID参数优化方法层出不穷，许多PID控制器融合了模糊控制、神经网络技术、专家系统、遗传算法等智能技术，这给PID参数优图1基于小生境混沌免疫算法的PID控制系统原理框图化的研究注入了新的活力。J。然而，模糊控制技术存在精度不高的缺点，神经网络训I练周期较长，遗传算法容易陷入局部2小生境混沌免疫算法最优一。2．1混沌细搜

7、索本文结合小生境机制、混沌细搜索和人工免疫算法，提出了混沌是非线性系统中普遍存在的一种复杂现象，混沌运动具一种基于小生境混沌免疫算法的PID参数优化方法，并通过仿真有随机性，遍历性和对初值高度敏感的特点，它能在一定范围内实例验证了该方法的有效性。按其自身规律不重复地遍历所有状态。将混沌动力学特性与免疫算法结合起来，利用免疫算法进行全局粗搜索得到次优解1PID控制原理后，再利用混沌算法在次优解周围进行细搜索，能够加强算法的PID控制器是一种线性控制器，它根据