遗传算法在PID控制器参数优化中研究.doc

摘要：本课题研究的是使用遗传算法寻找最优参数以后传递函数的图形与传统PID控制器输出的图形进行对比。在本文中的传递函数是我们任意给定的一个连续型的传递函数，以确保其普遍性。

传统PID控制器在我们的生产生活中是一种最为普遍应用的控制器，我们选取一个相对简单的PID控制器，它的模型建立起来非常简单，但是其模型中PID控制器的参数的确定相对复杂的多，也是本课题的一个小难点。本课题采用了当今最为普遍使用的一种方法去确定PID控制器3个参数的选择：PID控制器口诀法，其根本就是通过有经验人士通过多年经验总结出来的一套整定参数的方法。

使用遗传算法的PID控制模型的建立是遗传算法优化PID控制器参数的核心装置，也是控制系统相对复杂的设计难点。本论文设计了一个基于遗传算法实时优化传统PID控制器的参数，以达到提高PID控制器的自适应能力与控制性能。通过计算机仿真图像结果分析表明遗传算法在各方面都相比以往口诀更加精确的优化参数。

最后，阐述了以控制系统的3个参数为总体的设计方案，重点突出了使用优化后的智能PID控制器的在生产生活中的实现方法以及应用前景。

关键词:传统PID控制器； 遗传算法；适应度函数

目录

摘要

ABSTRACT

1　绪论-1

1.1　PID控制系统综述-1

1.2　遗传算法综述-1

2　基本原理-2

2.1　PID控制器的基本原理-2

2.2　PID控制器3个环节的作用-2

2.3　遗传算法的基本原理-3

2.4　遗传算法的主要特点-3

2.5　遗传算法对PID控制器参数的整定-4

2.5.1　选择遗传算法进行优化的优点-4

2.6　Ga遗传算法工具箱-4

3　PID控制器的优化-6

3.1　传统PID控制器优化-6

3.1.1　控制器参数的确定（传统）-6

3.2　根据遗传算法对PID控制器参数的优化-8

3.2.1　利用遗传算法对PID参数的整定完成-8

3.2.2　PID控制器参数使用遗传算法优化的具体过程-11

a.流程图-11

b.根据遗传算法对PID控制器参数的优化的具体过程：-12

4　遗传算法程序设计-13

4.1　基于遗传算法对PID控制器参数优化的程序设计-13

4.1.1　初始化种群-13

4.1.2　适应度函数的选取-14

4.1.3　选择算子的实现-14

4.1.4　交叉算子-15

4.1.5　变异算子的实现-15

5　在Matlab环境下对设计进行仿真-17

5.1　使用sumilink建立的传统PID控制器参数优化模型-17

5.1.1　对此模型进行介绍-17

5.2　使用sumilink建立的遗传算法优化模型-18

5.2.1　具体步骤-18

6　实验结果综述-23

6.1　PID控制器3个参数实验数据：-23

6.1.1　使用遗传算法sumilink优化PID控制器参数模型得到的实验数据-23

6.1.2　使用传统经验法得到的参数数据-23

致谢-25

参考文献-26