智能PID調(diào)節(jié)器的設計及其應用
控制的發(fā)展與現(xiàn)狀控制的發(fā)展與現(xiàn)狀“智能控制”一詞早在1967年Leondes和Mendel在他們的“人工智能控制”技術報告中正式使用。美籍華裔科學家傅京孫教授提出了智能控制系統(tǒng)的概念,公開指出了一個嶄新的研究領域。智能控制系統(tǒng)具有擬人的智力,在環(huán)境條件變化時能自主地完成控制目標的自動控制系統(tǒng),它和人工智能的發(fā)展緊密相聯(lián)。智能控制是一門有著極為廣泛的應用領域新興的交叉前沿學科,智能控制是自動控制理論發(fā)展的必然趨勢。智能是知識與智力的總和。其中知識是一切智能行為的基礎,而智力是獲取知識并運用知識求解問題的能力,是頭腦中思維活動的具體體現(xiàn)。用來模擬延 伸和擴展人的智能的理論、方法、技術和應用系統(tǒng)的智能控制是有關于計算機科學方向的,它試圖理解智力的本質,這樣就能夠制造出一種新的智能機器,這種機器能以人的智能一樣的方式作出反應。在廣義的被控對象或過程及其外界條件下,智能控制系統(tǒng)是這樣一種系統(tǒng),它結合控制理論的某些方法和技術,使用人工智能理論與技術和運籌學優(yōu)化方法模仿人的智能, 實現(xiàn)自動控制的效果。也可以說,智能控制驅動智能機器實現(xiàn)其目標是自主的,是無需人的干涉的,這也也是用計算機模擬人類智能的一個重要領域,是自動控制科學的最新發(fā)展。本文將介紹智能PID調(diào)節(jié)器的幾種常見構成形式:
1、基于模糊控制的智能PID調(diào)節(jié)器
模糊控制是基于模糊集理論、模糊語言變量以及模糊邏輯推理的計算機智能控制。模糊控制器知識庫包括規(guī)則庫和數(shù)據(jù)庫,規(guī)則庫是以模糊規(guī)則表的形式建立的,模糊控制規(guī)則是由模糊理論中的模糊條件語句描述的。將要輸入模糊調(diào)節(jié)器清晰量和模糊量放進數(shù)據(jù)庫中以模糊邏輯的方式構建推理機構。在PID控制中引進模糊控制,這就組成通常我們所說的模糊PID調(diào)節(jié)器。這種調(diào)節(jié)器的基本思想是,首先,建立模糊PID控制的形式,這種形式是以模糊控制規(guī)則為基礎的。其次,通過對調(diào)節(jié)器的輸入(誤差和誤差變化)模糊化得到模糊量,對PID調(diào)節(jié)器輸出去模糊得到精確量,這樣就構成了我們需要的模糊PID調(diào)節(jié)器。這種調(diào)節(jié)器也是線性形式的,但調(diào)節(jié)器參數(shù)不是一般的常數(shù)。與傳統(tǒng)PID調(diào)節(jié)器控制相比,這種類型的PID調(diào)節(jié)器在控制高階系統(tǒng)是有自己獨特優(yōu)勢的,對非線性等復雜對象控制效果也較好??偟膩碚f,模糊PID調(diào)節(jié)器的對象是十分廣泛的,它基于傳統(tǒng)PID進行了擴展,利用人的技術構成模糊規(guī)則,來優(yōu)化PID參數(shù)。
2、基于神經(jīng)網(wǎng)絡的人工智能PID調(diào)節(jié)器
神經(jīng)網(wǎng)絡HD調(diào)節(jié)器優(yōu)化PID調(diào)節(jié)器是以某些指標為基礎,通過神經(jīng)網(wǎng)絡的自學習、自適應和非線性映射能力調(diào)整權值,使PID參數(shù)達到最佳。在這過程中被控對象結構,參數(shù)還有輸入信號可能發(fā)生變化,但人工智能PID調(diào)節(jié)器也能夠進行自身的調(diào)整,抗拒干擾。20世紀80年代末,J.moody和C.Darken提出了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡,這種網(wǎng)絡含有輸入層,單隱層,輸出層得前饋神經(jīng)網(wǎng)絡。這種網(wǎng)絡模擬了人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡結構,具有人腦局部調(diào)整的特點,因此RBF網(wǎng)絡是一種局部逼近網(wǎng)絡, 它可以以任意精度逼近任意連續(xù)函數(shù)。由于工業(yè)生產(chǎn)中往往具有非線性、時變不確定性,難以確定精確的數(shù)學模型,常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器無法達到理想的控制效果。
3、基于遺傳算法的智能PID控制器
1975年,美國Michigan大學J.Holland教授最先提出了遺傳算法,現(xiàn)在遺傳算法有了很大的發(fā)展。遺傳算法是以生物進化論中的自然選擇和遺傳學為基礎的,它尋優(yōu)的過程是模擬自然進化過程這種算法有極強學習能力是一種全局優(yōu)化算法, 這種算法簡單、計算時間少,具有很強的魯棒性,在解決的復雜性和非線性問題方面具有獨特的優(yōu)勢。把PID調(diào)節(jié)器的比例, 微分,積分參數(shù)用相應的基因表示,適應度函數(shù)選擇PID控制中的最優(yōu)指標,利用遺傳算法來優(yōu)化PID調(diào)節(jié)器,尋找得到最佳的PID參數(shù)。這樣就構成了遺傳算法PID調(diào)節(jié)器。
昌暉儀表提出了一種新的智能PID調(diào)節(jié)器的設計方法,它僅需要被控對象的階躍響應信息,利用專家系統(tǒng)實時調(diào)整PID調(diào)節(jié)器參數(shù),實現(xiàn)有效的控制。設置的監(jiān)督級保證對象特性測試及專家自整定的正常進行,并確保系統(tǒng)安全可靠運行。整個系統(tǒng)用高性能單片微機便可實現(xiàn)。溫控器在電阻加熱爐的溫控過程獲得了良好的控制效果。
作者:趙碩偉模糊
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