基于遗传算法的PID控制参数优化在炉温监控系统中的应用

摘要

PID(Proportion，Integral，Differential)控制由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高等优点而广泛应用在工业过程控制领域。PID比例、积分和微分参数性能决定工业设备能否高效可靠运行，也决定了控制器的控制品质，早期PID参数是手动整定，比较繁琐和麻烦，并且费时，效果也很一般。随着工业经济的发展，参数整定逐渐提上日程，而本文将采用Ziegler-Nichols法对PID参数整定。
　　 遗传算法是一种基于生物进化理论的全局搜索优化方法。本文研究了遗传算法的基本原理及运算过程，并对基本遗传算法存在的缺点进行了分析与改进，例如利用自适应遗传算法的优势来弥补基本遗传算法的编码长度与参数精度的矛盾。并利用基本遗传算法和自适应遗传算法分别对二阶系统、滞后系统和非线性系统进行PID控制器参数优化，经过仿真发现自适应遗传算法具有更好的动态特性和控制效果，证明了该算法的有效性和可靠性。
　　 通过研究热传导及温度场的基本原理，建立烘烤炉温度场的数学模型，并介绍具体项目应用中的烘烤炉温度场的控制系统。在仿真基础上，本文将基于遗传算法的PID控制器参数优化应用在炉温监控系统中，并对其跟踪性、抗干扰性和鲁棒性进行了仿真分析，证明其具有更好的控制精度及动态特性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题选题意义与研究价值

1．1．1 课题的研究背景及研究意义

1．1．2 烘烤炉的动态性能

1．1．3 基于遗传算法的PID控制器参数整定综述

1．2 国内外研究现状及发展动态

1．3 本文的主要研究内容

第二章 烘烤炉温度场数学模型的建立

2．1 热传导的基本理论

2．2 温度场的基本理论

2．2．1 温度场与温度梯度

2．2．2 导热系数

2．2．3 导热微分方程

2．2．4 初始条件

2．2．5 边界条件

2．3 烘烤炉温度场的数学模型

2．4 本章小结

第三章 基于遗传算法的烘烤炉炉温控制方法研究

3．1 遗传算法的基本理论

3．1．1 遗传算法基本内容

3．1．2 遗传算法收敛性分析

3．2 PID控制原理

3．2．1 模拟PID控制器

3．2．2 数字PID控制器

3．2．3 PID控制的性能指标

3．2．4 PID控制参数整定

3．3 基于遗传算法的PID控制

3．3．1 基于遗传算法的PID整定原理

3．3．2 遗传算法改进

第四章 基于遗传算法的PID参数的优化控制

4．1 自适应遗传算法

4．2 基于基本遗传算法PID参数优化控制原理

4．3 基于改进遗传算法PID参数优化控制原理

4．4 基于改进的遗传算法的仿真研究

4．4．1 二阶系统的PID整定

4．4．2 滞后系统的PID整定

4．4．3 非线性系统的PID整定

4．5 本章小结

第五章 基于遗传算法的PID控制在炉温监控系统的应用及仿真

5．1 烘烤炉炉温监控系统设计

5．1．1 烘烤炉炉温监控系统总体方案设计

5．1．2 传感器的选型

5．1．3 炉温监控系统的软硬件设计

5．1．4 基于遗传算法的PID控制器的实现

5．2 仿真分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间科研论文完成情况