一種新型改進(jìn)仿人智能控制在時(shí)滯系統(tǒng)中的研究

2 反積分仿人智能控制
從動(dòng)力學(xué)角度來(lái)看，系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生是由能量不平衡而導(dǎo)致系統(tǒng)應(yīng)有能量損失的一種表現(xiàn)。在系統(tǒng)控制時(shí)，比例作用的主要目的是建立系統(tǒng)新的能量平衡，而積分作用的主要目的是彌補(bǔ)系統(tǒng)中應(yīng)有的能量積累。因此，良好的控制應(yīng)該預(yù)先補(bǔ)充較多的能量盡快地使系統(tǒng)恢復(fù)，再在系統(tǒng)恢復(fù)的過(guò)程中逐步退回一些原來(lái)補(bǔ)人太多的能量，避免引起系統(tǒng)超調(diào)。為了使積分作用更加合理，在誤差增大區(qū)間施以較強(qiáng)的積分而在誤差減小時(shí)則應(yīng)施以適當(dāng)?shù)姆聪蚍e分使多余積分退出。這樣，系統(tǒng)在達(dá)到新的平衡時(shí)保持應(yīng)有的能量。
實(shí)際上，仿人智能積分控制從某種角度來(lái)說(shuō)，不僅具有常規(guī)的積分功能，還具有類(lèi)似于微分的功能，并且，這種用智能積分來(lái)體現(xiàn)微分功能的控制既敏感了誤差的變化趨勢(shì)又不像微分那樣對(duì)噪聲也非常敏感。因此，采用仿人智能積分控制時(shí)一般不需要再加微分作用。由圖2可見(jiàn)，在AB與CD兩個(gè)區(qū)間，反積分仿人智能控制和仿人智能積分控制的積分作用基本相同，主要體現(xiàn)常規(guī)積分作用，但在：BC與DE兩個(gè)區(qū)間，只有反積分仿人智能控制的積分與微分的趨勢(shì)保持一致，因此更好地體現(xiàn)了微分功能。表現(xiàn)在控制方面，則是控制器觀察到誤差將以某個(gè)速度通過(guò)誤差零點(diǎn)時(shí)，將采取拉力的作用方式以防止大的超調(diào)量，在相平面內(nèi)，D控制作用實(shí)際就是誤差的相軌跡。因此應(yīng)削弱控制初期D控制的作用；當(dāng)誤差接近0時(shí)，則加強(qiáng)其作用，使D控制作用主要在誤差較小時(shí)起作用。

3 改進(jìn)仿人智能控制
綜合上述分析可知，合理的積分調(diào)節(jié)系數(shù)應(yīng)該是：
在ee>0區(qū)間上，在誤差較大時(shí)，希望積分增益參數(shù)KI不要太大，否則∫edt產(chǎn)生較大的值，響應(yīng)產(chǎn)生振蕩；在誤差較小時(shí)，希望積分增益增大，以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。期望的積分增益的變化可選取如圖2所示的曲線。
據(jù)此構(gòu)造如下非線性函數(shù)：

在ee0區(qū)間上，使用仿人智能反向積分作用以使系統(tǒng)的超調(diào)減少，此區(qū)間反積分調(diào)節(jié)系數(shù)與微分調(diào)節(jié)規(guī)律相似；在誤差較大時(shí)，反積分系數(shù)不要太大，避免減弱P控制作用；在誤差較小時(shí)，則加強(qiáng)反積分作用。
據(jù)此構(gòu)造如圖的構(gòu)造函數(shù)，得到如下改進(jìn)仿人智能算法：

式中，KI+(e)=KI+sech(αe)；KI-(e)=KI-sech(βe)；其余參數(shù)均同(1)，(2)式說(shuō)明。

4 仿真研究
為了檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制品質(zhì)，在單位階躍輸入作用下，對(duì)工業(yè)工程中普遍存在的二階加純滯后對(duì)象進(jìn)行仿真，仿真分別在滯后較小和較大兩種情況下進(jìn)行，并與PID控制器進(jìn)行比較。下述各圖實(shí)線為仿人智能控制結(jié)果，虛線為PID控制結(jié)果。