NSGA-II在不同性能指標組合下的PID參數優化

王智浩

(1.上海理工大學 光電信息與計算機工程學院，上海 200093；2.上海工業自動化儀表研究院，上海 200233)

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NSGA-II在不同性能指標組合下的PID參數優化

王智浩1,2

(1.上海理工大學 光電信息與計算機工程學院，上海 200093；2.上海工業自動化儀表研究院，上海 200233)

文中對于PID參數整定問題，通過分析比較不同組合的性能指標，在基于多目標智能優化算法下進行PID參數整定。該方法基于非支配排序多目標遺傳算法(NSGA-II)，在采用不同性能指標組合后生成的不同目標函數空間，通過Matlab進行控制系統仿真后，對輸出的階躍響應曲線進行了分析和比較,從而尋找到了IAE、ISE以及控制輸入的平方項作為最優的三目標性能指標組合。

多目標優化算法；PID; NSGA-II; Matlab

PID控制器因其算法簡單、魯棒性強,因而被廣泛應用于化工、冶金、機械、熱工和輕工等工業過程控制系統中[1]。但PID控制在實際運用上仍面臨兩個關鍵問題：一是建立一個綜合多種因素動態數學模型通常是很困難的；另一個就是PID 參數的整定，即針對特定的系統建立數學模型，運用優化方法按照一定的性能指標進行尋優，使PID 控制系統達到所期望的控制性能。

本文旨在對第2個問題即PID參數整定提出一種新的思路和解決方法，目前最多的優化準則都是按照單一誤差積分性能指標來優化系統[2]，但在實際運用中幾種性能指標均有不同的優缺點，同時為了保證實際應用的效果，研究人員通常需要對準則進行修改并添加權重[3-7]。

為解決這一問題文中采用了基于非支配排序多目標遺傳算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II ，NSGA-II)[8]，算法是目前流行的多目標進化算法之一。……