[发明专利]一种基于生物启发法优化PID的WEDM电极丝张力控制方法

摘要

本发明公开了一种基于生物启发法优化PID的WEDM电极丝张力控制方法，采用改进的生物启发法来实现对PID参数的优化，减少了PID控制参数调节的繁复工作，提高了对张力控制的效果和系统安全性，解决了全局搜索能力差、容易受参数影响等问题，同时生物启发法中的目标函数既考虑到系统中的误差绝对值，也考虑阶跃响应中的系统性能，从而得到的最优PID控制参数可使系统的超调量、稳态误差更小，调节时间更短，上升时间快。

主权项

1.一种基于生物启发法优化PID的WEDM电极丝张力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据慢速走丝电火花线切割的走丝系统中双电机速度差控制电极丝张力的传递函数，通过仿真计算过程的阶跃响应曲线，采用ZN工程整定法求得该PID控制器初始参数，包括K_p0、K_i0、K_d0；步骤2：采用生物启发法优化PID控制器参数：K_P、K_I和K_D：将PID控制器参数作为该生物启发法中解S的参数，通过生物启发法优化PID控制器参数，通过如下步骤实现：步骤2.1、设置该生物启发法参数，并生成初始种群：其中生物启发法参数包括：设置种群大小p、迭代最大次数N，将步骤1中的PID初始参数设置为初始解S₀、设置最优解S_best、最差解S_worst；步骤2.2：设置如下式的目标函数：其中e为实际张力与期望张力的误差；J(S_i)为第i次迭代解S_i对应的目标函数，t_smi为第i次迭代系统的仿真持续时间，μ为常数，取值为45；E_ssi为第i次迭代系统在单位阶跃响应下的稳态误差，t_si为第i次迭代系统在单位阶跃响应下的调节时间，t_ri为第i次迭代系统在单位阶跃响应下的上升时间；步骤2.3：利用S_i＝S_i‑1+rand(S_best‑S_i‑1)公式(1)生成新解S_i，应用公式(2)对生成的新解S_i进行检测；如果解S_i对应的f小于设定的阈值，则被分配给W子群中，被分配到W子群后，利用公式(1)重新生成新解，若经过f对生成的新解进行检测后仍不满足条件，则从W子群中排出；如果解S_i对应的f大于等于设定的阈值，则该解被分配给B子群中作为备选解；被分配到B中的备选解的质量若低于B中的最差解S_worst对应的f值，则该解被排出，若高于B中的最差解S_worst对应的f值，则最差解S_worst被排出，当前解作为最差解S_worst，最后排列B中的所有解，在所有解中找到当前迭代中对应的f值最大的解作为最新解S_best，更新最优解S_best，合并B、W，更新公式(2)；步骤2.4，不断重复步骤2.2‑2.3，直到满足达到最大迭代次数终止操作，将结果输出给PID控制器；步骤3：利用优化后的PID控制器参数，通过执行结构双电机转速差来实现对走丝系统中电极丝张力的恒定控制。