控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)中先進(jìn)控制方法的研究及其性能比較.pdf

1、控制的優(yōu)化是控制工程中主要要達(dá)到的目標(biāo)之一。在現(xiàn)實(shí)中研究控制的優(yōu)化能提高控制的質(zhì)量，使控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性更好、跟蹤參考信號(hào)的響應(yīng)速度更快、達(dá)到的控制精度更高。所以研究控制的優(yōu)化方法，以及了解這些方法的性能差異具有其深遠(yuǎn)的意義。它能指導(dǎo)設(shè)計(jì)者和控制操作員根據(jù)具體控制問(wèn)題而方便、快捷地選擇一些合適的控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的優(yōu)化，從而使系統(tǒng)的控制達(dá)到良好的性能效果。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)中常用的一些實(shí)現(xiàn)控制優(yōu)化的先進(jìn)方法有PID控制、遺傳規(guī)劃

2、(GP)和遺傳算法(GA)，以及由這些控制優(yōu)化方法延伸出來(lái)的其它控制優(yōu)化方法等。所有這些控制優(yōu)化方法都屬于控制的范疇，研究過(guò)程中必然用到一些關(guān)于控制的基本概念和基本理論，所以首先對(duì)控制概念和控制理論作研究，其次研究PID控制和進(jìn)化算法兩類實(shí)現(xiàn)控制的方法，包括對(duì)進(jìn)化算法中的遺傳規(guī)劃和遺傳算法的研究。 要研究控制優(yōu)化方法并比較它們性能的差異必須提供一種控制系統(tǒng)作為研究的對(duì)象，所以在此研究中先提出一個(gè)具有穩(wěn)健的受約束二階被控對(duì)象的控制

3、系統(tǒng)，然后對(duì)其通過(guò)遺傳規(guī)劃和遺傳算法方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)后就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究不同控制優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)的性能，并作性能比較。 研究中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)PID控制器、遺傳規(guī)劃(GP)控制器以及遺傳算法(GA)控制器的性能作了詳細(xì)的描述，并對(duì)這些控制器的性能作比較，從而得出了一些結(jié)論：遺傳規(guī)劃實(shí)現(xiàn)的控制的性能要比PID控制實(shí)現(xiàn)的性能優(yōu)越；調(diào)節(jié)PID控制的性能也不亞于遺傳規(guī)劃實(shí)現(xiàn)的控制的性能；遺傳算法實(shí)現(xiàn)的控制的性能比遺傳規(guī)劃的

4、要優(yōu)越；啟發(fā)式遺傳算法實(shí)現(xiàn)的控制也比標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法實(shí)現(xiàn)的控制的性能優(yōu)越。所以采用啟發(fā)式遺傳算法實(shí)現(xiàn)控制優(yōu)化具有它在性能上的許多優(yōu)點(diǎn)，是今后研究先進(jìn)控制方法及其應(yīng)用的主要方向。需要指出的是：遺傳算法和遺傳規(guī)劃是在PID的基礎(chǔ)上建立并完善的，故它們的性能比PID的性能優(yōu)越顯而易見，但本文仍然對(duì)它們的性能作比較，其目的在于以量化形式來(lái)衡量它們之間的性能差異，使設(shè)計(jì)者、使用者在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)時(shí)能從量化的角度結(jié)合考慮各種控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)而合理選

5、用控制方法。 噪聲是控制系統(tǒng)的一個(gè)必然存在因素，所以也對(duì)噪聲作用下的不同控制優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)性能作了研究。研究發(fā)現(xiàn)，不同控制優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)對(duì)噪聲干擾的抑制或適應(yīng)能力也不盡相同。 本課題最后提供了一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，包括遺傳規(guī)劃、遺傳算法統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和對(duì)這些結(jié)果的定性分析。從分析中得到一些控制系統(tǒng)使用時(shí)的性能指標(biāo)理論，驗(yàn)證了上述研究中得到的結(jié)論，也驗(yàn)證了在遺傳算法實(shí)驗(yàn)中引入啟發(fā)式方式能給控制系統(tǒng)帶來(lái)顯著的先進(jìn)性。