粒子群算法優(yōu)化模糊pid

本文選取常見(jiàn)的二階慣性加純滯后環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)為：e_G(Ts+1)(Ts+1)12在這里，12=0.3PID在這里，12=0.3PID參數(shù)取為K二2,K二1,K二2pdi本設(shè)計(jì)中的模糊控制器采用兩輸入(e,ec),三輸出(P,I,D)的形式來(lái)調(diào)整PID參數(shù)。e的論域?yàn)椋?3,3］,ec的論域?yàn)椋?3,3］。推理機(jī)使用｛NB,NM,NS,O,PS,PM,PB｝，表示｛負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大為了可以調(diào)節(jié)盡可能多的系統(tǒng),此控制器選定在負(fù)邊界處和正邊界處分別選用平滑連續(xù)的Z型隸屬度函數(shù)和S型隸屬度函數(shù)，在中間部分采用靈敏度較強(qiáng)的三角形隸屬度函數(shù)。規(guī)則表如下圖所示：NBNMNSZEPSPMFBFBZE/PM/PSze/pk/psNS/PE/ZEW/PB/ZEo/fb/zeM/PS/PSm/PS/NBPMZE/PB/IffiZE/PS/MBNS/PE/ZEW/PS/NSNB/FS/WW/ZE/ZEim/PS/NBPSPM/ZE/NBPS/ZE/NBZE/ZE/WW/ZE/NSH/ZE/WM/NS/ZEm/ZE/nZEFB/NS/NSPM/NS/N5PS/NS/NSNS/NS/NSO/NS/NSW/NS/ZEm/zE/oNSPB/ZE/NBPB/ZE/NBPM/ZE/NMZE/ZE/NSZE/ZEMNS/NS/HNS/NS/HWFB/FB/MBPB/PS/JIEPM/FS/NMPS/FS/NSFS/FS/NSZE/FS/OZE/PS/ONEPB/PM/PSPB/PB/PSPM/FE/EEPM/FE/EEPS/FB/ZEZE/PB/PSZE/PM/FS1)主程序：clearclc%%參數(shù)設(shè)置w=0.6;%慣性因子c1=1.414;c1=1.414;c2=1.623;Dim=5;%加速常數(shù)%加速常數(shù)%維數(shù)SwarmSize=100;%粒子群規(guī)模ObjFun=@PSO_PID;%待優(yōu)化函數(shù)句柄MaxIter=100; %最大迭代次數(shù)MinFit=0.01;%最小適應(yīng)值Vmax=2;Vmin=-2;Ub=[2050111];Lb=[00000];%%粒子群初始化Range=ones(SwarmSize,1)*(Ub-Lb);Swarm=rand(SwarmSize,Dim).*Range+ones(SwarmSize,1)*Lb; %初始化粒子群VStep=rand(SwarmSize,Dim)*(Vmax-Vmin)+Vmin; %初始化速度f(wàn)Swarm=zeros(SwarmSize,1);fori=1:SwarmSizefSwarm(i,:)=feval(ObjFun,Swarm(i,:));%粒子群的適應(yīng)值end%%個(gè)體極值和群體極值[bestf,bestindex]=min(fSwarm);zbest=Swarm(bestindex,:);%全局最佳gbest=Swarm;%個(gè)體最佳fgbest=fSwarm;%個(gè)體最佳適應(yīng)值fzbest=bestf;%全局最佳適應(yīng)值%%迭代尋優(yōu)iter=0;y_fitness=zeros(1,MaxIter);%預(yù)先產(chǎn)生4個(gè)空矩陣K_p=zeros(1,MaxIter);K_i=zeros(1,MaxIter);K_d=zeros(1,MaxIter);e=zeros(1,MaxIter);ec=zeros(1,MaxIter);while((iter<MaxIter)&&(fzbest>MinFit))forj=1:SwarmSize%速度更新-Swarm(j,:))+VStep(j,:)=w*VStep(j,:)+c1*rand*(gbest(j,:)c2*rand*(zbest-Swarm(j,:))+ifVStep(j,:)>Vmax,VStep(j,:)=Vmax;endifVStep(j,:)<Vmin,VStep(j,:)=Vmin;end%位置更新Swarm(j,:)=Swarm(j,:)+VStep(j,:);fork=1:DimifSwarm(j,k)>Ub(k),Swarm(j,k)=Ub(k);endifSwarm(j,k)<Lb(k),Swarm(j,k)=Lb(k);endend%適應(yīng)值fSwarm(j,:)=feval(ObjFun,Swarm(j,:));%個(gè)體最優(yōu)更新iffSwarm(j)<fgbest(j)gbest(j,:)=Swarm(j,:);fgbest(j)=fSwarm(j);end%群體最優(yōu)更新iffSwarm(j)<fzbestzbest=Swarm(j,:);fzbest=fSwarm(j);endenditer=iter+1;%迭代次數(shù)更新y_fitness(1,iter)=fzbest;%為繪圖做準(zhǔn)備K_p(1,iter)=zbest(1);K_i(1,iter)=zbest(2);K_d(1,iter)=zbest(3);e(1,iter)=zbest(4);ec(1,iter)=zbest(5);end%%繪圖輸出figure(l)%繪制性能指標(biāo)ITAE的變化曲線(xiàn)plot(y_fitness,'LineWidth',2)title('最優(yōu)個(gè)體適應(yīng)值'， 'fontsize',18);xlabel('迭代次數(shù)'，'fontsize',18);ylabel('適應(yīng)值'，'fontsize',18);set(gca,'Fontsize',18);figure(2)%繪制PID控制器參數(shù)變化曲線(xiàn)plot(K_p)holdonplot(K_i,'k','LineWidth',3)title('Kp、Ki優(yōu)化曲線(xiàn)'，'fontsize',18);xlabel('迭代次數(shù)'，'fontsize',18);ylabel('參數(shù)值'，'fontsize',18);set(gca,'Fontsize',18);legend('Kp','Ki',1);figure(3)%繪制PID控制器參數(shù)變化曲線(xiàn)plot(e)holdonplot(ec,'k','LineWidth',3)title('e、ec優(yōu)化曲線(xiàn)'，'fontsize',18);xlabel('迭代次數(shù)'，'fontsize',18);ylabel('參數(shù)值'，'fontsize',18);set(gca,'Fontsize',18);legend('e','ec',1);figure(4)%繪制PID控制器參數(shù)變化曲線(xiàn)plot(K_d)holdontitle('Kd優(yōu)化曲線(xiàn)'，'fontsize',18);xlabel('迭代次數(shù)'，'fontsize',18);ylabel('參數(shù)值'，'fontsize',18);set(gca,'Fontsize',18);legend('Kd',1);clearclc(2)simulnik與算法結(jié)合程序functionz=PSO_PID(x)assignin('base','Kp',x(1));assignin('base','Ki',x(2));assignin('base','Kd',x(3));assignin('base','e',x(4));assignin('base','ec',x(5));[t_time,x_state,y_out]=sim('pca',[0,20]);z=y_out(end,1);(3)Simulink仿真圖：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：K=15,K=20,K=1,ITAE=8.8446，波形如下圖所示。pid實(shí)驗(yàn)結(jié)論：本次設(shè)計(jì)使用的是pid，粒子群算法模糊pid，粒子群算法模糊smithpid相結(jié)合，