基于VACA的智能温控系统的PID参数优化-论文.pdf

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1、第35卷第4期中国农机化学报Vo1．35No．42014年7月JournalofChineseAgriculturalMechanizationJuly．2014DOh10．13733~dcam．issn．2095—5553．2014．04．053基于VACA的智能温控系统的PID参数优化水徐秀芬(新乡学院机电工程学院，河南新乡，453000)摘要：VACA由蚁群优化算法和变尺度算法融合而成的混合算法。在分析其思想及特点的基础上，针对温控系统PID控制参数整定问题，提出了基于VACA的PID参数优化策略．并给出了具体实现步骤。结果表明：VACA—PID控制器具有良好的动态性能、稳

2、态性能和很好的鲁棒性，完全能达到温室控制系统的对性能指标的要求．从而验证了其先进性和有效性。关键词：蚁群算法；变尺度法；连续空间优化问题；PID控制中图分类号：TP273．5文献标识码：A文章编号：2095—5553(2014)04—0214—03徐秀芬．基于VACA的智能温控系统的PID参数优化fJ]．中国农机化学报，2014，34(4)：214～216XuXiufen．ParameteroptimizationofPIDintelligenttemperaturecontrolsystembasedonVACA[J】．JournalofChineseAgnculturalMe

3、chaniza—tion，2014，34(4)：214-2160引言目前．温室农业已经成为现代农业中的重要部分．要求精确控制影响作物生长的各种因子f包括温度、光照、湿度、CO，浓度和施肥等1，以此来提高温室作物的产量和品质传统的z—N整定算法尽管基本上能满足要求，但稳定性较差且整定精度低等。具有一定的局限性．因此必须采用改进措施来改善其控制效果本文基于VACA对PID控制参数优化．构成智能温度控制系统．通过控制温度调节装置来达到恒定大棚内温度的目的1温度控制系统控制原理以我国北方某地区草莓基地温室采用的控制系统图1系统组成总图为例：系统由检测系统、控制系统和执行系统等三大Fig．

4、1Systemmasterplan部分组成．如图1所示控制分机接受中央控制系统的指令．通过一定的控制算法对执行机构进行适当操作、完成对控制系统的升降温控制、湿度控制、CO．含量控制、光照控制、图2温度控制原理图灌溉流量控制多个物理量的控制操作温度控制系统Fig．2Temperaturecontrolsystemdiagram是以温度变量为控制量的典型的数字控制系统．其原理如图2所示2基于VACA的PID算法的建立控制器根据设定值r与测量值的误差量e控制温度调节装置的启停．实现温湿度的调节控制．从而保2．1PID控制参数的整定持温室内作物适宜的温、湿度。PID控制器[21是一种线性

5、控制器，它根据给定值收稿日期：2013年10N12日修回日期：2013年n月13日基金项目：河南省教育厅自然科学研究计划项目(2012B46002)作者简介：徐秀芬，女，1972年生，河南新乡人，讲师，硕士研究生；研究方向为机械制造及自动化。E—mail：xxf_xf@163．eom第4期徐秀芬：基于VACA的智能温控系统的PID参数优化r(￡)和实际输出值M(t)构成控制偏差e(t)，即：2．4优化性能指标的选择e(t)=r()一U(t)(1)采用基于平方误差积分fISE)性能指标I4J，即：将偏差的比例(P-proportion)、积分(I-integra1)、r∞E=J0e

6、2(t)dt(4)微分fD—differentia1)，通过线性组合构成控制量，对被控对象控制．故称PID控制器．其控制规律用传递2．5算法的实现及优化结果函数表示为：算法参数可取为：蚂蚁组数n=30．信息启发因子G㈤==(1+去s)(2)=0．8，期望启发因邗=O．1，残留信息素保持常数c取0．7．蚂蚁在路径上循环一圈所释放的信息素总和K=1将改进蚁群算法和PID相结合，可以在线优化PID时，参数p：100。U=5％。控制器的三个参数、、。基于改进蚁群算法的将一个单位阶跃信号输入到系统中．按z_Ⅳ调整PID控制系统结构如图3所示VACA算法的流程如图设计，得到：=3．5291，

7、=O．2107，Tj=14．8230。以4所示此解为中心，向外拓展。得到参数搜索范围分别为：3．10≤≤4．0，0≤≤0．5，10≤Ta~<40。．一L_=：：：：：：：lTOWorkspace—．1>廿Gain1Ir图3改进蚁群算法的控制方案原理图Fig．3Controlschemeofimprovedantcolonyalgorithm_+{G—一—固ainTransferFcn。⋯⋯⋯⋯‘⋯Addl设置参数，将蚁群在解空间作初始分布l图5PID控制系统模型—I一一I一Fig