智能PID控制器蚂蚁算法和模糊推理系统及其应用基于仿生人工腿Word文档下载推荐.docx
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为PID参数，并作为优化变量，假设他们每个数值有五个有效数字。
在许多实际应用中根据自己的价值观的范围，我们假设，在Kp值的5位数字有2位数在小数点后3位小数点;
在5位和前1有小数点和小数点后4位数字。
为了利用蚂蚁系统算法方便，平面OXY的数字Kp值，和抽象，作为图1所示。
在图1，L1一L5，L6一L10和Ll1一L15的第一个数字代表在
第15位的。
X上是由数115代表，把这些行相等的各分为9个部分，因此10海里是在每一行上.The10海里的每一行显示的每个line.as产生的代表不同Bers数量分别为100-9，这是10的可能值数字对应的行
平面上氧合有15×
10tota1.M节（的x，y，...）是用来表示一个结，这是在水平坐标线
（
=1-15，
=1-15）和
，并是纵坐标不品系
的（j=0-9）。
每个结代表值是相等的垂直坐标。
例如，M（5,8）表示，该值的KP第五位，也就是说，该点后第三位的值是等于8。
让蚂蚁从平面OXY起源离开它移动到任何在线L15及结，它完成一游。
它的移动路径表示路径=（Ø
，M（
，
，j）,M（
y2,j）,...，,M（
j）），其中M（
，j）关于行Li。
明显地，价值观，以及由路径代表可以由下列公式计算：
例如，移动路径的蚂蚁是在图1所示，
的值，代表的是由路径
=64.378，
=5.4267，
=3.4254。
2.3发展的目标函数
为了使控制系统具有良好的性能，发展目标函数应基于该系统的性能指标。
在这里，我们主要考虑振动，凝结时间，和稳态系统的单位阶跃反应.First3错误功能，并构建了使用，而且，这是由于为：
=，=和=（如果≠0）或=0（如果=0），在那里，并且是该系统的单位阶跃响应性能指标值通过使用齐格勒-尼科尔斯（Z型N）的调谐公式.目标函数F获得的设计为：
图1节和路径产生
在那里，并进行加权平均。
根据我们的经验，并设置为0.6,0.2和0.2，分别对σ的限制，并指定为：
σ<
σ，<
“和，<
。
2.4节和路径选择
假设从任何路线上的任何结李下一行结，蚂蚁具有相同的移动时间.那时候，如果所有的蚂蚁从飞机OXY的原产地在同一时间出发，他们将到达每行（=1-15在同一时间）了。
假设在时间t的蚂蚁殖民地走向一致。
设（=0-9）是结线人数的蚂蚁，那么蚂蚁isσ总数。
让是物质的M强度在信息素（，，j）和时间t.假设，在时间t=0的死结都具有相同的信息素的物质的强度，即=C的（c是一个小的正数，=1-15，强=0-9），和=0.In移动过程中，每个蚂蚁K将选择从下一行的10节一节移动根据信息素的物质和每一个能见度量10节。
让蚂蚁是从K跃迁概率行的任何一点，它的计算方法是
能见度的定义为：
其中价值在以下方式的小蚂蚁系统算法的第一轮集合，值设置为垂直通过映射的PID参数值获得15海里的坐标，并用它得到图1所示的齐格勒-Nichols整定公式.在下列周期，每个的值都设置为垂直的15个是通过映射的PID参数的数值计算所得结坐标，并上图，在那里，并在与相应的最优路径上的蚂蚁周期PID参数。
α和β的公式（5）分别代表他的物质和信息素强度能见度在过渡概率相对重要性，并设置为3。
2.5更新的信息素的物质
假设在时间t=0的所有蚂蚁在平面OXY的起源是，那么他们在他们各自的终端上线L15及15海里后到达时间单位.在这个时刻，每个平面结强度OXY的信息素物质更新下列公式：
其中ρ是一个蒸发系数，0<
ρ≤1，是通过信息素的物质的量的规定，在周期第k蚂蚁在刚刚完成，由下列公式计算：
如果是在周期的第kj蚂蚁的目标函数值乌斯季完成，并通过计算公式（4）;
Q是一个积极的函数.因为值约1，Q是设置为0.1。
2.6初始值的PID参数优化程序
对于发现的PID参数的初始值蚂蚁系统算法，给出如下。
步控制器1对于一个给定的PID控制系统，计算PID参数，并使用齐格勒-Nichols整定公式，and5计算系统的性能指标和。
步骤2定义蚂蚁米数;
定义一个一维数组的15个元素为每个蚂蚁度（=1米），其中垂直数组坐标15海里的蚂蚁K将通过将被储存在可以用来表示
步骤3蚂蚁k的移动路径集合
=0（t是时间计数器）和C=0（C是循环计数器）;
定义周期的最大数量;
为每个结，设置一个初始值
=C（i=1-15，j=0-9）的信息素强度和
=0;
然后蚂蚁米数放在坐标平面内。
步骤4设置I=1。
步骤5计算在线L上的每个结的转移频率，根据这些概率，选择一条线结对L每个蚂蚁的k（k=1米）使用轮盘赌选择方法和移动蚂蚁K上的结，然后保存该元素的垂直坐标i个结。
步骤六设置i=i+1;
当i≤15，请转到步骤5;
否则，请转到步骤7。
执行第7步对于每个蚂蚁的k（k=1米），下面的步骤为：
1）根据其移动路径，即阵列，计算PID参数，并用公式（3），
2）和运行，计算机仿真控制系统使用，并计算系统性能指标，以及
3）计算目标函数使用公式（4）。
此后，找到最佳移动这个周期，这是相对应的目标函数（即min（
），k=1,2,…,m）和满足限制：
，然后保存了PID参数对应于路径的值..
第8步设置t←t+15和C←C+1;
在图1中更新每个结强度根据公式（7）一（9），然后设置
的每一个元素为0，k=1-m。
第九步如果C<
和蚂蚁所有的米不相反同游，把所有蚂蚁放置在坐标原点并转到步骤4；
如果C<
，但蚂蚁的所有米同游或C=
，输出的最佳移动路径及其相应的PID参数，并停止。
假设，一个给定的控制对象传递函数是G（s）为6068/[秒（110s6068）]，并设置
=30，ρ=0.5和m=10.By这个蚂蚁系统算法，使用本系统PID参数优化初始值，可为
=40.440，
=3.0533和
=0.0099。
3在线调整PID的PARAMETERS
3.1在系统的瞬态响应分析的PID参数的变化
用模糊推理在线调整PID参数的瞬态响应期间根据当前系统误差e和它的时间导数。
根据公式
（2），增量的PID控制规律的表达式写为：
可以通过以下方式来表示E，以及为：
从公式（12）得到的误差e的第二次微分
，可以发现，
的值与e、
是有关的。
一般而言，该标志的变化是非常复杂的过程是短暂的反应.如果采样周期T是足够短，是非常小，大约等于0.在这种情况下，可以改写为：
图2显示了e和
在瞬态响应的变化的迹象，在给定的输入是一个步骤信号
图2电子注册和变更时的瞬态响应
通过使用这个数字，参数的变化趋势Kp与每个部分可以决定.对于考试的PLE，对部分办公自动化，在初始点O，控制信号，应设置为一个较大的值，使系统的输出给定输入值达到尽快，当系统输出的方法给定输入值（A点），在U值（K）的，应降低，以避免大的过冲。
因此，在这部分应改为1较大的值到一个较小的.从图2，可以发现，部分办公自动化，
>
0和e<
0。
因此，根据公式（10）和（13），应该从一个较小的值改为一个较大的一个，从一个更大的值到一个较小的一个，以满足控制信号U（k的变化要求）在本部分.类似地KP的变化趋势和AB公司，不列颠哥伦比亚省，光盘和DE可以决定，作为细分列于表1。
表一
在瞬态反应的每个部分的变化趋势
3.2在线的PID参数整定方法
对PID参数的在线调整是通过一个在线利用调整的因素。
PID参数之间的关系，并给出如下：
其中δ和ω是两个正数，可以选择的范围：
δ∈（1.0,1.4）和ω∈（0.5,1.0）。
本文以及ω是分别设置为1.10和0.95。
其值有限的范围（0,1），并决心通过以下方式递归公式：
其中γ是一种积极的选择范围，并不断在[0.2,0.63];
小时（t）是输出机制的模糊推理。
推理机制的模糊输入的是系统误差e和它的时间导数。
本文，y是设置为0.2，初始值设置为0.5，即ψ（0）=0.5。
以下是确定由模糊定义的h（t）.e和h（t）是由E.Ec和H分别代表。
及其模糊集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，
NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB分别代表负大，负中，负小，零，正小，正中和正大，分别居模糊话语领域和EC是所有定义为（-6，-5，-4，一3，一2，一1,0，+1，+2，+3，+4，+5，+6），和H模糊论域被定义为（-3，-2，-1,0，+1，+2，+3）。
Figs.3和图4显示了E和乳油和H分别为，其中的代表成员的隶属函数。
图3E和Ec的隶属函数
图4H的隶属函数
模糊规则的决心是一个模糊控制器设计的关键。
通过焦磷酸酶活-4和公式的方法（10），（13）一（15），49模糊规则可以得到，如表2所示
表2模糊控制规则表。
图5显示了该系统示意图与模糊系统在线调整的原则，整体结构的PID参数和模拟PID控制器，其中系统输入的是一个步骤信号。
图5该系统与模糊系统在线调整的原则
4SIM卡的COM帕特ULATION期末考的PLE
该模糊蚂蚁系统（FAS）的PID控制器设计用于控制腿的运动.人工腿总督察-I智能人工）包括一个膝关节，小腿和脚一（图6。
其中，膝关节是最重要的组成部分，其中有一步行速度传感器，与一个直流马达，一个微处理器和一个电池.气缸步行速度传感器是用来衡量实时腿走路的速度。
气缸驱动机制是用来控制弯曲和伸展的动作膝.马达是用来控制在油门开缸。
规范开放可以改变弯曲和伸展的膝盖关节速度从而达到改变腿走路速度的目标。
微处理器控制电机的议案根据步行整个控制系统速度.功率测量值与一个小规模的锂电池提供。
该模糊PID控制器蚂蚁系统用于控制直流电动机。
电动机的传递函数是G（s）为6068/[秒（110s6068）]。
系统上的计算机模拟实验已完成。
该系统的UT是一个单位阶跃信号，而其他参数是类似的节本系统2.6.The单位阶跃响应在图7所示。
图7单位阶跃响应系统由不同的控制方法
1一到模糊蚂蚁系统方法;
二一到齐格勒，尼科尔斯方法
该系统的单位阶跃响应的性能指标列于表3从表3。
，它可以发现，由模糊PID控制器蚂蚁系统的手段，超调量σ和凝结时间（允许误差为2％）该系统单位阶跃响应的比较，大大减少齐格勒，尼科尔斯的方法。
表3PID参数和性能指标两种控制方法
5结论
1）寻找最优的PID参数的初始值，建立了蚂蚁系统算法。
基于蚂蚁算法和模糊推理系统，佛罗里达州的新的智能PID控制器的设计方法。
2）计算机仿真实验结果表明，该设计方法是非常有效的和模糊PID控制蚂蚁系统使用该方法设计的控制器具有超调量减少，缩短凝结时间。
3）模糊PID控制器蚂蚁系统可用于过程控制的对象和许多不同种类。
参考文献
[1]AstromK，HagglundTPID控制器：
理论，设计和图形[米]。
美国：
ISA出版社，1995。
[2]AstromK，HagglundT自适应控制技术为基础的频率响应研究[J]。
自动化，1991,27（4）:
597-609。
[3]HoWK，HangCC，CaoLSPID增益和相,1993,5:
267。
法律程序国际会计师联合会第12届世界大会[c1.Sydney，澳大利亚。
[4]何时钟。
谭少华，徐风蓝，模糊PID控制器的增益调度研究[J]。
电机及电子学工程师联合会系统，，1993,23（5）：
1392-1398。
[5]DorigoM，ManiezzoV，ColorniA：
基于模糊逻辑的设定点的PID控制器的研究[J]重量调整。
电机及电子学工程师联合会系统，人的交易，与控制论，系统与人类，1999,29（6）:
587-592。
[6]何世钟，谭劭华，徐丰蓝.模糊自整定的PID控制器研究[J]。
模糊集与系统，1993,56
（2）:
37-46。
[7]DorigoM，ManiezzoV，ColorniA，蚂蚁系统：
合成元素的克隆观点。
电机及电子学工程师联合会人交易的系统，以及控制论，1996,26
（1）:
29-4l_
[8]DorigoM，GambardellaLM蚁群系统：
合作学习方式的进化有限公司，旅行商问题[J1的。
电机及电子学工程师联合会交易剪7
（1）:
53-66。
[9]DorigoM，BonabeauE，TheraulazG蚂蚁算法和研究[J]。
下一代计算机系统，2000年，I6的（8）:
851-87l_
[10]ManiezzoV，ColorniA：
蚂蚁系统应用到二次分配问题[J1.IEEE知识数据工程，1999年，交易11（5）:
769-778。
[11]DorigoM，CaroGDi，GambardellaLM.蚁群离散优化研究[J]算法。
人工生命，1999,5
（2）:
137-172。
[12]谭冠政，李安平.模糊遗传算法的PID不完全微分及其应用智能仿生人工腿研究[J]。
中南大学学报.2003控制器，@0（3）：
237–243
[13]谭冠政，肖香峰，王越超。
最优具有不完全微分及其在智能人工腿应用[J]及其仿真研究模糊PID控制器。
控制理论与应用，2002,19（3）:
462-466。
[14]谭冠政，肖香峰，王越超。
数字电路设计与分析步行速度的智能人工腿测量[中央J1.Journal2001,32（5）:
523-527。
（中文）
[15]谭冠政，陈勇旗，王越超.设计和基于DSP芯片和模糊PD控制策略应用[J]。
中南工业大学学报智能人工腿伺服控制系统的分析，2001,32（4）:
417-421。
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