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1、基于PID的人工智能算法研究
摘要:本文簡(jiǎn)要的介紹了PID,分析了常規(guī)PID控制算法,然后分析了常規(guī)PID控制與人工智能控制相結(jié)合所形成的人工智能PID控制算法的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞:PID;人工智能;算法
隨著智能控制技術(shù)的高度開展,先進(jìn)的算法也不斷推出,但是技術(shù)開展對(duì)被控制對(duì)象的需求也越來(lái)越復(fù)雜,傳統(tǒng)的算法在很多方面不能適應(yīng)技術(shù)參數(shù)的變化需求。人工智能控制技術(shù)的不斷開展,為被控制對(duì)象提供了新的理論支撐,以及提高抗干擾性能,先進(jìn)的人工智能算法可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)適應(yīng)調(diào)整,使控制系統(tǒng)獲得較為準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型,同時(shí)也可以改善傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的性能。因此,開發(fā)人工智能控制新算法,并使之與傳統(tǒng)算法相兼容對(duì)
2、于智能控制開展具有重要的意義。
1PID概述
工程控制和數(shù)學(xué)物理PID〔比例積分微分〕英文全稱為ProportionIntegrationDifferentiation,PID是比例、積分、微分控制的簡(jiǎn)稱?!?】PID由8位端口優(yōu)先級(jí)標(biāo)識(shí)符加端口號(hào)組成,端口號(hào)占低位,默認(rèn)端口號(hào)優(yōu)先級(jí)128。【1】
PID實(shí)現(xiàn)控制的關(guān)鍵問(wèn)題是控制器的參數(shù)整定。PID的先進(jìn)之處是按一定算法進(jìn)行操作,并將這些算法通過(guò)輸入/輸出算法的變換和物理方式實(shí)現(xiàn)智能控制?!?】PID控制器參數(shù)的整定是根據(jù)控制器的參數(shù)與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能之間的定性關(guān)系,用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)調(diào)節(jié)控制器的參數(shù)。PID控制器參數(shù)是綜合性的,并且各
3、參數(shù)之間互相影響。
2常規(guī)PID分析
常規(guī)的PID是根據(jù)控制系統(tǒng)的相應(yīng)特性曲線來(lái)進(jìn)行參數(shù)整定范圍。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是控制誤差e〔t〕,有:
e〔t〕=r〔t〕c〔t〕
式中r〔t〕是設(shè)定值,c〔t〕是輸出值。【2】
針對(duì)控制系統(tǒng)的控制量的獲得,是通過(guò)對(duì)控制偏差進(jìn)行比例取值、積分、微分等的操作結(jié)構(gòu)進(jìn)行疊加以獲得,進(jìn)而再應(yīng)用于實(shí)際控制。
現(xiàn)在,國(guó)內(nèi)外常規(guī)PID參數(shù)整定的研究方法主要有:規(guī)那么法和辨識(shí)法。規(guī)那么法是被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型不需要事先知道參數(shù)的整定方法,相當(dāng)于操作人員有一定的整定經(jīng)驗(yàn),并對(duì)參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)整定。當(dāng)然,規(guī)那么法開發(fā)到廣泛應(yīng)用的這些過(guò)程中,不斷的進(jìn)行優(yōu)化和開展研究。但是
4、,對(duì)于規(guī)那么的整定效果,參數(shù)整定算法主要取決于開發(fā)者對(duì)控制回路參數(shù)整定的經(jīng)驗(yàn),因此參數(shù)整定會(huì)出現(xiàn)精度不夠準(zhǔn)確,難度也比較大,經(jīng)驗(yàn)值也要求較高等缺陷。辨識(shí)法是被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型要首先被獲得,然后再采用以模型為根底計(jì)算PID控制器的調(diào)節(jié)參數(shù)。當(dāng)然,在辨識(shí)法的應(yīng)用和開展過(guò)程中,也被國(guó)外學(xué)者們不斷的進(jìn)行優(yōu)化和開展研究。許多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)方面的研究工作,整定方法的研究取得了越來(lái)越多的研究成果。
PID控制器因它諸多的優(yōu)點(diǎn)成為一種應(yīng)用廣泛的控制器。但是,隨著科學(xué)技術(shù)開展的需求,控制信號(hào)出現(xiàn)的非線性、時(shí)變性等特征越來(lái)越復(fù)雜?!?】常規(guī)PID控制常常會(huì)由于環(huán)境、操作等因素的影響,使得參數(shù)整定會(huì)出現(xiàn)不良效果,
5、從而影響控制系統(tǒng)性能。這就需要通過(guò)對(duì)PID的參數(shù)進(jìn)行更優(yōu)良的整定,急需我們尋找出更優(yōu)的智能化算法模型,為了更進(jìn)一步降低誤差,減小響應(yīng)時(shí)間,以提升PID控制的精準(zhǔn)度,使我們生產(chǎn)出更優(yōu)的工業(yè)產(chǎn)品。
因此,將人工智能控制與常規(guī)PID控制相結(jié)合所形成的人工智能PID控制系統(tǒng),會(huì)凸顯先進(jìn)技術(shù)的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。
3PID的人工智能算法
人工智能〔ArtificialIntelligence〕,英文縮寫為AI,它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。【3】人工智能是對(duì)人的意識(shí)、思維的信息過(guò)程的模擬,但卻能像人那樣思考、也可能超過(guò)人的智能。人工智能算法,就是人
6、類通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)或者模擬智能控制功能的算法,即人類通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)模仿人腦的思考、識(shí)別、推理和解決問(wèn)題等思維活動(dòng)。人工智能算法有遺傳算法、進(jìn)化算法、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。
隨著智能控制理論的不斷開展,對(duì)于復(fù)雜被控對(duì)象的控制,迎來(lái)了新機(jī)遇,如:無(wú)人駕駛、無(wú)人機(jī)控制、智能生活方式等人工智能在交通、軍事、醫(yī)學(xué)、生活、工業(yè)、航空航天等相關(guān)領(lǐng)域都有了廣泛的應(yīng)用及設(shè)想。但是PID控制受產(chǎn)品功能復(fù)雜化,控制器與計(jì)算機(jī)配置之間的兼容性等因素的影響,使得人工智能控制算法在工業(yè)控制生產(chǎn)上的實(shí)現(xiàn)是我們進(jìn)一步需要大力開發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題。因此,為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)控制具有更小的誤差,更短的響應(yīng)時(shí)間,更易實(shí)現(xiàn)的控制要求,更強(qiáng)的適應(yīng)
7、能力,我們把人工智能算法與PID相結(jié)合。在PID控制器的參數(shù)整定中將智能計(jì)算技術(shù)引入,形成了智能PID控制,它可以極大程度的簡(jiǎn)單化復(fù)雜的建模程序,并且可以使PID參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)具有更強(qiáng)的自適應(yīng)調(diào)整功能,使常規(guī)PID控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)顯著地得到了提高,PID控制器的性能得到改善?!?】另外,專家和學(xué)者將人工智能算法與其他技術(shù)〔模糊技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等〕相結(jié)合,使工業(yè)控制問(wèn)題分析、求解等方面能力得到更好的擴(kuò)展和提升,這方面在技術(shù)已經(jīng)取得豐碩的成果。
4總結(jié)
人工智能算法會(huì)在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)PID算法的缺陷,但是不管哪種算法都有一定的缺陷,我們應(yīng)該根據(jù)實(shí)際問(wèn)題,分析并選擇出最適合的算法,以實(shí)現(xiàn)更為先進(jìn)、更為合理、更為兼容、更能保證在復(fù)雜工況條件下具有足夠的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性。人工智能算法在科學(xué)理論和工程上的開發(fā)和應(yīng)用,已經(jīng)成為了學(xué)者和專家們研究控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
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