智能PID控制器的设计和仿真

智能PID控制器的设计

和仿真

学生姓名： 专业班级：自动化 指导教师：

指导单位：电气与自动化工程学院

1

目 录

中文摘要 .............................................................. 4 英文摘要 ............................................. 错误！未定义书签。 1 绪论 ................................................................ 6

1.1 智能PID算法背景及意义 ......................................... 6 1.2 PIDNN的国内外研究现状 ......................................... 6 1.3 AFSA现状 ...................................................... 7 1.4 本文主要工作内容 .............................................. 7 2 神经网络PID和人工鱼群算法介绍与分析 ................................ 9 2．1 神经网络原理及结构分析 ........................................ 9

2.1.1 神经网络理论基础 ......................................... 9 2.1.2 PID神经网络控制系统结构分类 ............................. 10 2.1.3 BP神经网络介绍 .......................................... 11 2.2 人工鱼群算法原理和参数分析 .................................... 14

2.2.2 人工鱼群算法参数介绍 .................................... 14 2.2.3人工鱼群算法的收敛性分析 ................................. 15 2.3 本章小结 ...................................................... 16 3 基于人工鱼群算法的PID神经网络控制器实现 .......................... 17

3.1人工鱼群算法的改进 ............................................ 17

3.1.1 人工鱼群算法的改进思想 .................................. 17 3.1.2人工鱼群算法的改进流程 ................................... 18 3.1.3 PID神经网络控制器的分析与改进 .......................... 22 3.2 基于人工鱼群算法的PID神经网络训练实现 ........................ 23

3.2.1 PID神经网络BP训练算法的缺点 ............................ 23 3.2.2人工鱼群算法训练PID神经网络控制器的优点 ................. 23 人工鱼群算法区别于反向算法的主要地方有： ...................... 23 3.2.3 人工鱼群算法训练PID神经网络的步骤 ...................... 24 3.3 本章小结 ...................................................... 25 4 基于人工鱼群算法的PID神经网络控制仿真 ............................ 26

4. 1 单回路系统控制仿真 ....................................... 26 4.2.2 多回路系统控制仿真 ...................................... 33 4.3 本章小结 ...................................................... 37 5 总结与展望 ........................................................ 38

5.1工作总结 ...................................................... 38 5.2 展望 .......................................................... 38

2

致谢 ................................................................. 39 参考文献 ............................................................. 40

3

智能PID控制器的设计和仿真

摘要：在实际的控制系统中，被控对象模型多种多样，非线性特性高、耦合性强，

滞后特征明显、输入量和输出量不相等，使得实际对象的精确模型很难精确确定。这些也行同时也使得控制系统变得复杂和难以控制。显然，传统和控制理论和大系统理随着自动控制系统的各种要求的不断提高，就变得更加不适用。为了解决控制系统出现的复杂问题。智能控制理论方被广泛推崇和提起，并取得了一定的进步。 本设计主要研究内容如下:

首先，介绍了PID神经网络的国内外现状，介绍了神经网络PID和人工

鱼群算法，分析研究了神经网络的基本原理、PID神经网络控制系统的基本结构、人工鱼群算法的基本原理和分析参数队控制效果的影响。

其次，在研究人工鱼群算法的神经网络控制的基础上，把人工鱼群算法

引入到调整和优化PID控制器问题中，提出了一种改进的人工鱼群算法，并对基于人工鱼群算法对PID神经网络进行了训练，比较了BP训练算法和人工鱼算法的优缺点，给出了人工鱼群算法训练PID神经网络的步骤。 最后，介绍了系统性能的评价标准，并对基于鱼群算法的PID神经网络

对单回路和多回路进行了控制仿真，仿真研究结果表明了人工鱼群算法对PID神经网络系统控制的可靠性和实用性。并对全文进行总结，提出自己的展望和期待，并针对今后的学习研究明确需要努力的方向。

关键词：神经网络；人工鱼群算法；PID；参数优化；BP；

4