基于二进制极值优化的分数阶PID控制方法及其应用研究

发布时间：2017-09-02 08:24

  本文关键词：基于二进制极值优化的分数阶PID控制方法及其应用研究

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【摘要】：基于分数阶微积分理论的系统建模与控制方法比传统的整数阶方法更具优势,因此近年来受到了学术界和工业界的广泛关注和研究应用。如何对复杂控制系统分数阶控制器进行优化设计获得最优控制性能具有重要的理论意义和工程应用价值,因而已成为控制领域的研究热点和研究难题之一。从进化计算的角度研究该难题为实际工程控制系统的优化设计与高效运行提供了一种新颖且有效的研究思路,但国内外相关研究成果还十分有限。极值优化(Extremal optimization,EO)作为一种新颖的进化算法,在各类基准测试问题和实际工程优化问题中得到了较为成功的应用,但在分数阶控制器优化设计中的应用还未见相关研究报道。因此,本文从极值优化的新视角研究复杂控制系统分数阶PID控制器(FOPID)优化设计新方法及其在独立微电网系统中的应用。本文的主要研究工作和创新点如下:(1)提出了一种求解连续优化问题的基于二进制编码的极值优化算法(BCEO),通过对多个典型连续优化测试函数的仿真研究从而验证BCEO相比二进制遗传算法(BCGA)和二进制粒子群算法(BCPSO)等进化算法具有更佳的优化性能;(2)首次提出了基于BCEO的复杂控制系统分数阶PID控制器优化设计方法(BCEO-FOPID),通过对被控对象为整数阶和分数阶模型等不同类型控制系统的仿真研究从而验证了本文提出BCEO-FOPID方法相比基于BCGA和PSO的FOPID和PID等方法具有更佳的控制性能和优化效率;(3)将BCEO的基本思想推广应用到独立微电网系统的分数阶频率控制器的优化设计中,提出了一种基于BCEO的独立微电网分数阶频率高效控制方法,通过对系统的仿真实验进一步证明了本文提出方法相比BCGA-FOPID和国外学者新近提出的基于PSO的模糊FOPID等方法具有更佳的暂态控制性能,且所需整定的参数更少,实施更简单,优化效率更高。
【关键词】：极值优化 分数阶PID控制器 复杂控制系统 独立微电网
【学位授予单位】：温州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP13
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1 引言11-12
• 2 国内外研究现状分析12-18
• 2.1 分数阶建模与控制方法12-13
• 2.2 极值优化算法13-18
• 3 论文主要研究内容与章节安排18-21
• 第二章 分数阶微积分21-27
• 1 分数阶微积分定义21-22
• 2 分数阶微积分的数值计算22-23
• 3 Oustaloup近似化方法及其改进23-24
• 3.1 Oustaloup滤波器近似23-24
• 3.2 改进的Oustaloup滤波器近似24
• 4 分数阶PID控制器24-25
• 5 性能指标分析25-26
• 6 本章小结26-27
• 第三章 二进制编码的极值优化算法27-37
• 1 引言27
• 2 二进制编码的极值优化（BCEO）算法描述27-29
• 3 仿真结果及分析29-35
• 4 参数对优化性能的影响35-36
• 5 本章小结36-37
• 第四章 基于BCEO算法的分数阶PID控制器设计37-49
• 1 引言37-38
• 2 分数阶PI~λD~μ控制器及优化指标38
• 2.1 分数阶PI~λD~μ控制器38
• 2.2 性能指标38
• 3 BCEO-FOPID算法描述38-41
• 4 仿真实验41-48
• 4.1 整数阶系统41-45
• 4.2 分数阶系统45-48
• 5 本章小结48-49
• 第五章 基于BCEO的独立微电网分数阶频率控制49-67
• 1 引言49
• 2 独立微电网系统小信号模型49-53
• 2.1 发电子系统模型50-51
• 2.2 水电解槽模型51
• 2.3 储能装置模型51-52
• 2.4 基于电网频率偏移的微电网功率系统模型52
• 2.5 分布式新能源和用户侧需求负荷的随机模型52-53
• 3 基于BCEO的微电网频率控制器优化设计（一）53-60
• 3.1 优化目标函数（一）53
• 3.2 独立微电网频率控制应用中的BCEO算法过程53-55
• 3.3 独立微电网频率控制系统（一）仿真及实验结果55-60
• 4 基于BCEO的微电网频率控制器优化设计（二）60-64
• 4.1 风电、光伏和需求负荷的变化特性61-62
• 4.2 优化目标函数（二）62
• 4.3 独立微电网频率控制系统（二）仿真及实验结果62-64
• 5 本章小结64-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 参考文献69-77
• 致谢77-78
• 攻读硕士学位期间发表的论文78
• 硕士期间参与的科研项目78

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本文编号：777445