论文总字数：25227字

摘 要

题名：PID控制器参数优化整定及应用研究

姓名：钱旭

导师：雎刚

学校：东南大学

正文：

遗传算法是一种基于地球自然界中“物竞天择 适者生存”的自然生存法则的一种寻优搜索算法。它具有非常高的鲁棒性，因此在当今的时代中遗传算法越来越受到诸多学者的重视，人类对它在实际生活中的应用研究也越来越多。本文首先介绍了当代国内外遗传算法的研究现状并且对遗传算法进行了一些简单的介绍，包括遗传算法的历史起源，遗传算法的概念，遗传算法的工作原理，遗传算法的交叉，复制和变异算子等等。其后是对未来遗传算法的研究重心和展望上进行了一些分析。

本文采用了MATLAB来作为数据的处理工具。利用MATLAB的编程语言来进行了PID参数的优化整定，利用遗传算法的基本原理，将随机生成的初代种群借助各个个体的适应值函数来进行一系列的复制，交叉，变异从而获得后代的族群并且以此往复n次后使得种群中的个体越来越趋近于所求的最优解，来搜索出最佳的PID参数。并与传统ZN法进行对比，进而根据simulink仿真的结果进行遗传算法的可行性分析。

关键词：遗传算法；复制；交叉；变异；优化整定

ABSTRACT:

Title: Optimization tuning of PID controller parameters and study on application

Name:Qian Xu

Supervisor: Prof. Ju Gang

School: Southeast University

Text:

AS the Darwin said’ It is not the strongest of the species that survive, but the one most responsive to change’. Genetic algorithm is a search algorithm based on the law of natural survival as we Mentioned above. Genetic algorithm has very strong robustness, so more and more scholars pay attention to it and try their best to research it. This paper introduced the domestic and foreign research status of genetic algorithm and some simple introduction of genetic algorithm at first, included the history of the genetic algorithm, the origins of genetic algorithm ，the concept of genetic algorithm, the principle of genetic algorithm, and the introduction of genetic algorithm crossover, replication and mutation operator. At last, this paper prospect the future of Genetic algorithm.

And in this paper ,we use MATLAB as a data processing tool. We use MATLAB language to carry on the optimization of PID parameter tuning.，using the basic principle of genetic algorithm to help the randomly generated initial population to carry out a series of copy, crossover and mutation with each individual fitness function to obtain offspring of ethnic groups. And then after many times we can search out the optimal PID parameters. After then we use Simulink to simulate, and compare the simulation results, obtain the conclusion analysis

Keywords: genetic algorithm；selection；overlapping；variation；Optimization tuning

目 录

摘 要 I

ABSTRACT: II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2遗传算法的发展现状 1

1.3本文的主要任务工作 3

第二章 遗传算法的基本介绍 5

2.1引言 5

2.2遗传算法的一些基本概念与术语 5

2.3基本遗传算法操作 6

2.3.1复制（选择）操作 6

2.3.2交叉操作 7

2.3.3变异操作 8

2.4改进遗传算法 9

2.5本章小结 10

第三章 基于改进遗传算法的PID控制器参数整定 12

3.1引言 12

3.2 PID控制器的基本原理介绍 12

3.2.1 PID控制器原理 12

3.2.2 PID参数整定方法 13

3.3基于改进遗传算法的PID参数整定 14

3.4本章小结 18

第四章基于改进遗传算法的PID控制器参数整定应用研究 19

4.1引言 19

4.2过热汽温应用研究 19

4.2.1过热汽温控制系统说明 19

4.2.2过热汽温控制仿真研究 20

4.3再热汽温应用研究 23

4.3.1 再热汽温控制系统说明 23

4.3.2再热汽温控制仿真研究 25

4.4本章小结 28

第五章 结论与展望 29

致谢 30

参考文献（References）： 31

第一章 绪论

1.1课题研究背景

自21世纪以来，我国的经济以及科技实力都在突飞猛进之中，与此同步的是我国电力工业也应时代的要求迅速发展起来了。国内的各个电厂的机组容量愈来愈大也正是由此发电厂的自动控制系统本身就愈来愈复杂了，在这样的背景之下我国发电站的安全运行问题与从前相比愈加严峻。PID控制是人类历史上生命力最长的控制方式之一，并且它的鲁棒性高，控制原理较为简单，工程实际中使用方便并能够快速的适应周围的环境，无论是在条件多么艰苦的地区仍然能够发挥出应有的效用^[1]。由此发电厂的自动控制系统自动控制技术一直发展到今天，PID控制仍然是我国的电力系统的中流砥柱。

对我们来说，确定对象的搜索空间内的全局最优控制参数和设计出一种合理并切实有效的控制系统是我们了解进而掌握被控对象自身特性的基础。但是工程实际中PID参数繁琐到让人头疼的整定过程从来都是工程操作人员的心头并之一，因此，及早地寻找出一种简单实用并且又稳定有效的PID参数整定方法对控制系统的进步具有很大的意义。

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