控制系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)節(jié)中先進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到的目標之一。在現(xiàn)實中研究控制的優(yōu)化能提高控制的質(zhì)量，使控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性更好、跟蹤參考信號的響應速度更快、達到的控制精度更高。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的意義。它能指導設(shè)計者和控制操作員根據(jù)具體控制問題而方便、快捷地選擇一些合適的控制方法來實現(xiàn)控制的優(yōu)化，從而使系統(tǒng)的控制達到良好的性能效果。 控制系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)節(jié)中常用的一些實現(xiàn)控制優(yōu)化的先進方法有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，所以首先對控制概念和控制理論作研究，其次研究PID控制和進化算法兩類實現(xiàn)控制的方法，包括對進化算法中的遺傳規(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)作為研究的對象，所以在此研究中先提出一個具有穩(wěn)健的受約束二階被控對象的控制

3、系統(tǒng)，然后對其通過遺傳規(guī)劃和遺傳算法方式進行實現(xiàn)。實現(xiàn)系統(tǒng)后就可以對系統(tǒng)進行實驗，通過實驗研究不同控制優(yōu)化方法實現(xiàn)的系統(tǒng)的性能，并作性能比較。 研究中對標準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的描述，并對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)劃實現(xiàn)的控制的性能要比PID控制實現(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)劃實現(xiàn)的控制的性能；遺傳算法實現(xiàn)的控制的性能比遺傳規(guī)劃的

4、要優(yōu)越；啟發(fā)式遺傳算法實現(xiàn)的控制也比標準遺傳算法實現(xiàn)的控制的性能優(yōu)越。所以采用啟發(fā)式遺傳算法實現(xiàn)控制優(yōu)化具有它在性能上的許多優(yōu)點，是今后研究先進控制方法及其應用的主要方向。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，但本文仍然對它們的性能作比較，其目的在于以量化形式來衡量它們之間的性能差異，使設(shè)計者、使用者在控制系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)節(jié)時能從量化的角度結(jié)合考慮各種控制方法的優(yōu)缺點而合理選

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