基于cpso的壓鑄機快速壓射pid控制參數(shù)優(yōu)化

基于cpso的壓鑄機快速壓射pid控制參數(shù)優(yōu)化

壓鑄機的快速壓射指的是壓鑄機定模型腔中的金屬液從速度填充到一定位置的高速填充，主要由主缸的二通比例插裝閥控制。粒子群優(yōu)化(PSO)算法概念簡單,易于實現(xiàn),適于求解大量非線性、不可微和多峰值的復雜優(yōu)化問題,具有良好的全局搜索能力,可以有效地進行PID參數(shù)尋優(yōu)1壓鑄機快速壓射模型的描述1.1流量系數(shù)的確定壓鑄機快速壓射系統(tǒng)中的手調(diào)二通插裝閥由于缺乏必要的參數(shù),其數(shù)學模型很難建立,依據(jù)相關(guān)資料近似估算其階躍響應曲線即:A(x)為流量系數(shù),其值與雷諾數(shù)、液流狀態(tài)、閥口形式、有關(guān);ρ為油液密度,kg/m1.2壓射腔的連續(xù)性方程Q1.3壓裂動態(tài)方程m為壓射活塞及負載等效質(zhì)量,kg;B為壓射活塞的粘性阻尼系數(shù),Ngs/m;F為等效負載,N;p2cpss-pid控制器的設計2.1局部極值p其基本原理如下,在D維解空間隨機初始化一個種群,其中含有若干個粒子,這些粒子在解空間中的位置x式中,c另外,也可以不用整個種群,而只是用其中一部分作為粒子的鄰居,那么在所有鄰居中的極值就是局部極值p2.2混合突變pmo算法2.2.1混沌變異慣性權(quán)重壓鑄機快速壓射過程是一個復雜、非線性運動過程,線性遞減權(quán)重不能很好的適應,將慣性權(quán)重因子進行混沌變異:式中w由式(9)產(chǎn)生的混沌序列在(0,2)之間對稱分布,由于混沌序列的隨機性,在粒子群初期迭代時不需要進行擾動運算,混沌變異的慣性權(quán)重在迭代前期權(quán)值較大,后期迅速收斂,算法運行效率較高。但是在迭代過程中,粒子會發(fā)生聚集現(xiàn)象,導致種群進化出現(xiàn)停滯。為了增強算法的局部搜索能力,利用式(9)生成的混沌序列對粒子群進行擾動。2.2.2混沌搜索算法式中,pLS為比例系數(shù),根據(jù)L添加完擾動項的速度更新方程為:本文提出的CPSO算法在進化初期的迭代時,由于有混沌變異冪指數(shù)慣性權(quán)重,會迅速收斂,粒子群陷入局部最優(yōu)值,在經(jīng)過混沌擾動后,粒子群進行混沌搜索,聚集的種群被驅(qū)散,從而實現(xiàn)粒子在更大的范圍內(nèi)精細搜索。2.2.3cpss適應性函數(shù)為了使控制效果更好,在目標函數(shù)中加入控制量的平方項、調(diào)節(jié)時間,ITAE指標可以表示為:e(t)為傳感器反饋鎖模力偏差;X2.3計算適應度函數(shù)值步驟1根據(jù)3個控制參數(shù)的經(jīng)驗解空間范圍,初始化粒子解空間,包括種群規(guī)模N、候選解的位置x步驟2根據(jù)式(14)計算當前種群中所有粒子的適應度函數(shù)值,并比較各粒子的適應度值,將當前代具有最佳適應度值粒子的位置和目標值存儲于該代粒子的個體最優(yōu)位置p步驟3隨機選取n步驟4計算并判斷L步驟5按照式(5)、式(13)更新各候選解的位置及速度;步驟6如果終止準則滿足(達到進化迭代上限),則輸出最優(yōu)結(jié)果,否則轉(zhuǎn)到步驟2繼續(xù)執(zhí)行。3速壓射系統(tǒng)仿真模型壓射腔連續(xù)性子模塊仿真模型和壓射活塞受力平衡模塊仿真模型分別如圖1、圖2所示,壓鑄機快速壓射系統(tǒng)仿真模型如圖3所示由CPSO-PID控制器級控制單元、機械動作仿真模塊和鎖模壓力反饋傳感器組成。由仿真系統(tǒng)可知,壓鑄機快速壓射系統(tǒng)是一個四階強非線性系統(tǒng),利用普通的PID控制器難以達到理想的控制效果。設定CPSO參數(shù)為:粒子種群N=500;加速因子c4優(yōu)化算法有效性對比輸入階躍信號,通過仿真對比分析標準帶線性遞減慣性權(quán)重PSO算法及本文提出的CPSO算法結(jié)果,驗證CPSO算法相對于帶線性遞減慣性權(quán)重PSO算法的優(yōu)越性。圖4為采用兩種不同PSO算法進行PID參數(shù)優(yōu)化得到的階躍響應曲線。圖5為兩種不同優(yōu)化算法進行參數(shù)優(yōu)化得到的收斂過程。通過比較明顯可以發(fā)現(xiàn),在迭代過程中CPSO收斂快速性大大高于帶線性遞減慣性權(quán)重PSO。表1給出了采用兩種不同PSO優(yōu)化算法進行壓鑄機快速壓射系統(tǒng)控制參數(shù)優(yōu)化的結(jié)果及精度,分別將這兩種算法進行200、300和400次迭代并尋找其最優(yōu)參數(shù),為了保證可靠性,取40次實驗結(jié)果的平均值。試驗結(jié)果顯示,得到的結(jié)果中,采用CPSO算法在進行PID控制器參數(shù)優(yōu)化時效果最好,值為最小的0.011,超調(diào)量為0.02%,計算時間為20.1ms,明顯優(yōu)于帶線性遞減慣性權(quán)重PSO優(yōu)化算法,且隨著迭代次數(shù)的增多,參數(shù)尋優(yōu)精度和等性能指標呈現(xiàn)愈加優(yōu)良的態(tài)勢,從而驗證了CPSO算法在壓鑄機快速壓射系統(tǒng)控制參數(shù)尋優(yōu)中具有更好的優(yōu)化特性。5cpso-pid算法快速響應特性為了優(yōu)化壓鑄機快速壓射控制器中比例-積分—微分控制參數(shù),在介紹了標準帶慣性權(quán)重PSO算法的基礎上,不但將慣性權(quán)重進行混沌變異,而且通過添加混沌擾動項優(yōu)化粒子速度更新方程,提出了一種全新的CPSO優(yōu)化算法。在建立四階快速壓射控制系統(tǒng)模型的基礎上,設計了一種CPSO-PID控制器,對PID參數(shù)進行快速