基于遗传算法的PID整定

1、参数编码遗传操作种群1计算适配置满足要求，即达到最大迭代次数解码种群2寻优结束种群1> 种群2复制交叉变异基于遗传算法的PID整定流程图% 基于遗传算法的PID整定% 被控对象为二阶函数: 400% G(s) = -% S2+50S% 采样时间为 1ms,输入信号为阶跃信号% 采用二进制编码方式,种群个体（kp,ki,kd）长度为10close all;clc;clear;global rin yout timef %定义全局变量G=100; %迭代次数Size=30; %种群大小CodeL=10; %种群个体长度（二进制编码）MinX=zeros(1,3); %约束条件，即kp,kd,

2、ki 的取值范围MaxX(1)=20*ones(1); % kp in 0 20MaxX(2)=1.0*ones(1); % kd,ki in 0 1MaxX(3)=1.0*ones(1);E=round(rand(Size,3*CodeL); %初始化种群，编码Bsj=0;for k=1:G %迭代次数 time(k)=k; for s=1:Size m=E(s,:); y1=0;y2=0;y3=0; %输出量初始化（十进制） m1=m(1:CodeL); for i=1:CodeL y1=y1+m1(i)*2(i-1); %计算输出量 end K(s,1)=(MaxX(1)-MinX(1)

3、*y1/1024+MinX(1); %解码，计算Kp的取值 m2=m(CodeL+1:2*CodeL); for i=1:CodeL y2=y2+m2(i)*2(i-1); %计算输出量 end K(s,2)=(MaxX(2)-MinX(2)*y2/1024+MinX(2); %解码，计算Kd的取值 m3=m(2*CodeL+1:3*CodeL); for i=1:CodeL y3=y3+m1(i)*2(i-1); %计算输出量 end K(s,3)=(MaxX(3)-MinX(3)*y1/1024+MinX(3); %解码，计算Ki的取值 % *适应度函数* KK=K(s,:); KK,Bs

4、j=pid_ga(KK,Bsj); % 调用 pid_ga.m Bsji(s)=Bsj; % 最优代价值 end O,D=sort(Bsji); %最优代价值排序 Bestj(k)=O(1) %取最小值 BJ=Bestj(k); Ji=Bsji+1e-10; fi=1./Ji; %适应函数值 O2,D2=sort(fi); %适应函数值排序 Bestfi=O2(Size); %取最大值 Bests=E(D2(Size),:); % * 选择算子 * fi_sum=sum(fi); fi_size=(O2/fi_sum)*Size; fi_s=floor(fi_size); %取较大的适应值,确

5、定其位置 kk=1; for i=1:Size for j=1:fi_s(i) %选择，复制 tempE(kk,:)=E(D2(j),:); kk=kk+1; end end % * 交叉算子 * pc=0.6; %交叉概率 n=30*pc; for i=1:2:(Size-1) temp=rand; if pc>temp %交叉条件 for j=n:-1:1 tempE(i,j)=E(i+1,j); %新、旧种群个体交叉互换 tempE(i+1,j)=E(i,j); end end end tempE(Size,:)=Bests; E=tempE; % * 变异算子 * pm=0.00

6、1-1:1:Size*(0.001)/Size; %变异算子，从大到小 for i=1:Size for j=1:2*CodeL temp=rand; if pm>temp %变异条件 if tempE(i,j)=0 tempE(i,j)=1; else tempE(i,j)=0; end end end end tempE(Size,:)=Bests; E=tempE;endBJ,Bestfi,KKfigure(1),plot(time,Bestj);xlabel('Times');ylabel('Best J');figure(2),plot(time

7、f,rin,'r',timef,yout,'b');xlabel('Times');ylabel('rin,yout');function KK,Bsj=pid_ga(KK,Bsj)global rin yout timef ts=0.001;sys=tf(400,1,50,0); % 被控对象为二阶传递函数dsys=c2d(sys,ts,'z'); %做Z变换num,den=tfdata(dsys,'v');rin=1.0; % 输入信号为阶跃信号 u_1=0.0;u_2=0.0; y_1=0.0

8、;y_2=0.0;x=0 0 0;B=0;err_1=0;tu=1;s=0;P=100;for k=1:P timef(k)=k*ts; r(k)=rin; u(k)=sum(KK.*x); %控制器输出 if u(k)>=10 % 约束条件 u(k)=10; end if u(k)<=-10 u(k)=-10; end %跟踪输入信号 yout(k)=-den(2)*y_1-den(3)*y_2+num(2)*u_1+num(3)*u_2; err(k)=r(k)-yout(k); % * 返回 PID 参数* u_2=u_1;u_1=u(k); y_2=y_1;y_1=yout

9、(k); x(1)=err(k); %计算 P x(2)=(err(k)-err_1)/ts; %计算 D x(3)=x(3)+err(k)*ts; %计算 I err(2)=err_1; err_1=err(k); if s=0 if yout(k)>0.95&yout(k)<1.05 tu=timef(k); % tu为上升时间 s=1; % 进入稳态区域 end endendfor i=1:P % 求代价函数值 Ji(i)=0.999*abs(err(i)+0.01*u(i)2*0.1; B=B+Ji(i); if i>1 erry(i)=yout(i)-yout(i-1); % 系统误差 if erry(i)<0 % 若产生超调，采取惩罚措施 B=B+100*abs(erry(i); end endend