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专利号: 201410740354X
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于头脑风暴的圆盘剪重叠量控制器参数优化方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1:建立重叠量参数控制的数学模型

设定圆盘剪刀盘重叠量的控制数学模型为:

δ=Φ-H2Rcosα,      (1)

其中,δ是重叠量,Φ是偏心套外圆的直径,H为机架的上、下偏心套外圆中心距离;R为偏心套的偏心距;α为偏心套的旋转角度,定义偏心套在最高位置时为0°,重叠量调整时偏心套旋转角度范围为0°-180°;

步骤2:设置实际问题和头脑风暴优化策略的相关参数

模型参数包括切边圆盘剪重叠量所允许的最小偏差M;

头脑风暴优化策略的参数包括:种群的规模N,N为整数;最大迭代次数为Tmax,Tmax为整数;P1、P2、P3、P4分别是不同的选择概率参数,P1、P2、P3、P4均为{0,1}之间的数;迭代次数初值t=0;

步骤3:产生N组初始的PID控制模型参数

确定N组初始的PID控制模型参数的集合X:X=[X1,X2,...,Xi,...,XN],其中Xi=[XiP,XiI,XiD],这N组PID参数的确定是随机的,其中XiP、XiI、XiD分别为PID控制模型中的比例、积分、微分系数;

步骤4:对PID参数进行评估

根据切边圆盘剪的重叠量控制中控制器的每一组PID参数集,调用控制系统的适应度函数,计算出每一组控制器所控制的切边圆盘剪重叠量的偏差大小,作为每组及其全局最优PID参数集的评价体系;

将控制系统的误差性能指标来当作适应度函数,根据不同的误差性能指标得到不同的参数优化值,本步骤中选择PID参数控制中的积分时间和绝对误差性能指标来进行适应度求取,即:ITAE=∫t|e|dt,      (2)

式(2)中,e为圆盘剪重叠量的偏差大小,t是积分时间,dt是积分时间的微分;

步骤5:基于头脑风暴优化思想对PID参数集进行更新操作更新过程分为三个步骤:首先对当前群体中的个体根据不同特性进行聚类操作,确定出聚类个数及其相应的个体;其次是通过特有的选择机制对当前群体中的个体进行更新;

最后对各更新个体进行局部调整和变异,以期得到更好的新个体,对PID参数集中的各组参数,进行以下的操作:

5.1)对PID参数进行聚类,聚类算法具体步骤为:

Ⅰ)创建两个队列,即有序队列和结果队列,有序队列用来存储类中所有PID参数个体,这些个体是按与聚类中心的PID参数个体之间距离的升序排列;结果队列用来存储这些PID参数个体的排列次序;

Ⅱ)如果PID参数中所有个体都处理完毕,则算法结束;

否则,选择一个未处理(即不在结果队列中)且为聚类中心的PID参数个体,找到在此区域内的所有PID参数个体,如果该PID个体不存在于结果队列中,则将其放入有序队列中,并按与聚类中心之间的距离进行排序;

Ⅲ)如果有序队列为空,则跳至步骤Ⅱ);否则,从有序队列中取出第一个PID参数个体进行拓展,即与聚类中心之间距离最小的参数个体称为拓展点,并将取出的PID参数个体保存至结果队列中,如果取出的PID参数个体不存在结果队列当中的话,进行以下判断:ⅰ)判断该拓展点是否是聚类中心,如果不是,回到步骤Ⅲ);否则找到该拓展点为聚类中心区域的所有PID参数个体;

ⅱ)判断该区域内的PID参数个体是否已经存在结果队列,是则不处理,否则进入下一步;

ⅲ)如果有序队列中已经存在该区域内的PID参数个体,如果此时新的聚类区域范围小于旧的聚类区域范围,有序队列则重新按与聚类中心PID参数个体之间的距离进行排序;

ⅳ)如果有序队列中不存在该区域内的PID参数个体,则插入该PID参数个体,并对有序队列重新排序;

Ⅳ)过程结束,输出结果有序队列中的所有PID参数个体;

5.2)选择操作;

5.3)变异操作;

步骤6:判断所有的PID参数个体是否已更新完成,若产生的新PID参数个体数目达到N,则继续步骤7;否则返回步骤5;

步骤7:判断迭代次数t是否达到最大迭代次数Tmax,若迭代次数小于最大迭代次数Tmax或最优PID参数所得到的切边圆盘剪重叠量偏差大于初始设定的最小偏差M,则需要另外设置迭代次数Tmax=Tmax+1,转到步骤4重新处理;若迭代次数达到最大迭代次数Tmax,则输出当前的PID参数组,即成。

2.根据权利要求1所述的基于头脑风暴的圆盘剪重叠量控制器参数优化方法,其特征在于:所述的步骤5.2)中,在第t次迭代中,对于当前的任意一组PID参数,根据下面的头脑风暴算法特有的选择机制选择出要更新的PID参数,具体地说,对于第i组父代PID参数,随机产生一个0-1之间的随机数rand1,分为以下两种情况:若rand1小于概率P1,则以P2为概率选择一个类中的PID参数进行更新;具体地说,产生一个随机数rand2,若rand2小于概率P3,则选择该类的类中心作为更新对象,否则,从该类中随机选择一组PID参数个体作为更新的对象;

若rand1大于或等于概率P1,随机选择两个类产生新的PID参数个体;具体说,产生一个

0-1间的随机值rand3,如果rand3小于概率P4,将两个类的聚类中心合并后再加随机值产生新PID参数个体;否则,分别从两个类中各选择一组PID参数个体合并后产生新的PID参数个体,上述的P1、P2、P3、P4均为头脑风暴算法中自带的概率参数,该四个变量值均选择0-1之间的确定数。

3.根据权利要求2所述的基于头脑风暴的圆盘剪重叠量控制器参数优化方法,其特征在于:所述的步骤5.3)中,在得到第i组及其全局最优PID参数后,i=1,2,…,N,接下来就是对这N组PID参数进行调整操作,通过PID参数调整方程进行,PID参数的调整方程式是:在式(3)中,Xi(t)表示第t次迭代的第i组PID参数,即父代,Xi(t+1)表示第t+1次迭代的第i组PID参数,即子代,rand(0,1)表示0-1之间的随机数,

Ximin、Ximax表示第t次迭代中第i组的PID参数最大值和最小值,Random(Ximin,Ximax)表示Ximin到Ximax的随机值,Xbest1(t)和Xbest2(t)表示第t次迭代中的任意的两个PID参数个体,otherwise表示rand(0,1)不满足小于0.05的其他所有条件;

计算第i个新产生的PID参数个体的目标函数值,将子代与父代进行比较,从而保留更好的PID参数个体;

通过以上的迭代公式,每个PID参数组将不断更新,这样便于寻找出更适合用于控制切边圆盘剪重叠量的PID参数组。