[发明专利]一种基于改进PI算法的阀门定位器控制计算方法

说明书

一种基于改进PI算法的阀门定位器控制计算方法，包含如下步骤：S1：PI控制器两个参数Kp，Ki，对控制器的参数进行整定，则PSO算法在二维空间内搜索即可；S2：PSO中的粒子xi(i＝1,2,…,N)的位置代表需要优化的参数，PI控制器的参数Kp，Ki组成算法的粒子编码组[Kp Ki]，粒子的速度vi＝[vi1vi2]中，vi1代表控制器的Kp参数的移动速度，vi2分别代表控制器的Kp、Ki两个参数的移动速度；S3：随机初始化粒子的位xi和速度vi，S4:对于粒子xi，根据式：算相应的适应度函数值，S5：更新种群中每个粒子的位置xi和速度vi，S6：经过PSO的反复迭代，寻优迭代次数达到最大迭代数Nmax。本发明的方法简化了参数整定工作，极大地提高了电气比例阀定位器的控制性能。

技术领域

本发明属于阀门技术领域，特别是一种基于改进PI算法的阀门定位器控制计算方法。

背景技术

当前电气比例阀被广泛的应用在煤化工、石化、核电等生产作业中，其执行机构的规格很多，而且电气比例阀的动态和静态特性差异较大。在使用过程中，电气比例阀的气室气压、活塞摩擦力等是变化的，这使得被控参数具有时变和不确定的特点。这便导致精确的数学建模是不现实的，而仅仅根据人工经验整定出的PI参数不具有普遍适应性及准最优性值。浙江工业大学马良威发表的论文“阀门定位控制参数整定与算法研究”使用IMC内模法整定获取了控制器的控制参数,利用基于PID-PD-半边死区控制的分段PID控制算法的智能定位器实现了对调节阀阀位的控制，这种方法的比较复杂，实现的难度较高。

因此，市场需要开发一种新的技术，能够直接整定出PI控制器的参数，简化了参数整定工作。

发明内容

本发明的目的在于公开一中一种基于改进PI算法的阀门定位器控制方法。将PSO(粒子群优化)算法应用于电气比例阀定位器PI控制器的参数自整定，利用PSO优化算法强大的搜索寻优能力，直接整定出PI控制器的参数，简化了参数整定工作，极大地提高了电气比例阀定位器的控制性能。

本发明的目的是以如下技术方案来实施的。一种基于改进PI算法的阀门定位器控制计算方法，包含如下步骤：

S1：比例积分(PI)控制器两个参数比例系数(简称(Kp)和积分系数(Ki，)，对控制器的参数进行整定，则PSO算法在二维空间内搜索即可，根据之前对PSO算法参数的分析,考虑到电气比例阀定位器的复杂性，选取种群规模N＝60，考虑到算法的计算量及计算时间，将最大迭代次数设定Nmax＝80。学习因子c1，c2设定为2，并将惯性权重采用在0.3～0.9的范围内时变的权重；

S2：PSO中的粒子xi(i＝1,2,…,N)的位置代表需要优化的参数，PI控制器的参数Kp，Ki组成算法的粒子编码组[Kp Ki]，粒子的速度vi＝[vi1 vi2]中，vi1代表控制器的Kp参数的移动速度，vi2分别代表控制器的Kp、Ki两个参数的移动速度，粒子位置xi＝[xi1xi2]中，xi1代表Kp，xi2代表Ki，经过初步调试后获得Kp、Ki的大致数值范围，从而确定粒子的最大速度vmax＝[0.3 0.6]，在vmax＝[vmax1 vmax2]中,vmax1为Kp的最大速度限制，vmax2为Ki的最大速度限制；

S3：随机初始化粒子的位xi和速度vi，用随机初始化后的xi初始化每个粒子的个体最好值Pi,并计算响应的适应度值Pbest(i)；

S4:对于粒子xi，根据式：

算相应的适应度函数值，如果Fit(i)Pbest(i)，则Pi＝xi；如果Fit(i)Gbest，则Pg＝xi，Pbest(i)为粒子xi经过的最好位置Pi的适应度值，其中：e(t)为系统t时刻的误差。Gbest为种群中的所有粒子经过的最好位置Pg的适应度值，适应度值越小，代表粒子与全局最好点越近。