發(fā)布時間：2022-01-09 21:29

　　非線性自抗擾控制器具有多個耦合參數(shù)且依靠傳統(tǒng)的經(jīng)驗整定法難以整定,以至于對控制器的精度和抗擾動能力造成一定影響。針對此問題,提出一種雙種群混沌鯨魚算法對控制器參數(shù)進行在線整定。針對傳統(tǒng)鯨魚算法易陷入局部最優(yōu)以及在迭代后期出現(xiàn)尋優(yōu)緩慢的現(xiàn)象,提出一種混沌策略和雙種群協(xié)同機制對算法進行改進。以機械臂作為被控對象進行仿真驗證,結(jié)果表明優(yōu)化后的自抗擾控制器具有更好的控制精度和良好的抗擾動能力。改進后的鯨魚優(yōu)化算法可以用于非線性自抗擾控制器參數(shù)整定。 

【文章來源】：計算機應(yīng)用與軟件. 2019,36(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

非線性自抗擾結(jié)構(gòu)框圖其中:v和v分別為TD給出的過度過程及其微分;

fal(·)是一種非線性函數(shù)，是輸出誤差校正率，其表達式為:fal(e，a，δ)=|e|asign(e)|e|＞δe/δ1－a|e|≤{δ(4)其余參數(shù)由于一部分變化極其敏感，一部分對控制系統(tǒng)影響不大，因此可事先根據(jù)經(jīng)驗先行設(shè)定。本文選取TD中r=100，h=0．01;ESO中的a1=0．5，a2=0．25，δ=0．01。針對非線性自抗擾參數(shù)難整定以至于影響控制精度和抗擾動問題，選取ITAE作為優(yōu)化的目標函數(shù)，采用雙種群混沌鯨魚算法進行在線優(yōu)化，其系統(tǒng)框圖如圖2所示。圖2基于DCWOA算法的ADＲC系統(tǒng)框圖2算法設(shè)計2．1標準鯨魚優(yōu)化算法鯨魚優(yōu)化算法是一種高效的新型啟發(fā)式優(yōu)化算法，其尋優(yōu)方式是基于模擬鯨魚狩獵所得出的。該算法主要包括三個階段:包圍獵物、螺旋狩獵和搜索食物。對于鯨魚優(yōu)化算法而言，鯨魚種群中任意一只鯨魚所在的位置都可以表示為一個決策變量。(1)包圍獵物:座頭鯨在狩獵的時候要包圍獵物，其數(shù)學(xué)模型如下:D=|CX*(t)－X(t)|(5)X(t+1)=X*(t)－A·D(6)式中:t表示為迭代次數(shù);A和C為系數(shù)矩陣;X*(t)為當前最優(yōu)的鯨魚位置向量;X(t)表示當前鯨魚的位置向量，A和C由下面的公式得出:A=2a×r1－a(7)C=2×r2(8)式中:r1和r2為(0，1)之間的隨機數(shù);a的值在(0，2)

脅蛔悖??從龐諂淥?2種算法，同時也更加穩(wěn)定。結(jié)果表明，在絕大部分的測試函數(shù)上，相比其他3種算法，DCWOA算法可以找到精度更高，收斂速度更快的最優(yōu)解。因此DCWOA是一個具有高效性的優(yōu)化算法，并且可用于優(yōu)化自抗擾參數(shù)。本文選取DCWOA算法對ADＲC參數(shù)進行在線優(yōu)化，并選取ITAE指標做為算法的目標函數(shù)，其中ITAE指標［10］的數(shù)學(xué)表達式如下:J=∫T0t|e(t)|dt(15)為了驗證本文所提算法的有效性，選取CPSO與DCWOA進行對比驗證，具體結(jié)果如圖3和圖4所示。圖3第一組參數(shù)尋優(yōu)圖4第二組參數(shù)尋優(yōu)圖3和圖4為CPSO和DCWOA算法對兩組AD-ＲC參數(shù)整定過程中的評價函數(shù)優(yōu)化曲線。DCWOA算法相較CPSO而言，具有更高的搜索精度，更快的搜索速度，很大程度上提高了ADＲC的控制精度。在尋優(yōu)范圍上，DCWOA遠大于CPSO。在算法尋優(yōu)初期，DCWOA算法得到的評價函數(shù)值的下降速度明顯優(yōu)于CPSO，說明DCWOA的尋優(yōu)初值要好于CPSO，因此可得到比CPSO更快的尋優(yōu)速度，使算法整體的優(yōu)化效率得到提升，且評價函數(shù)值更小，故DCWOA可以更好地得到控制器參數(shù)。最后為了驗證本文方法的高效性，在MATLAB上獨立運行DCWOA、AWOA、WOA和CPSO算法各50次，并記錄平均時間分別為5．34s、6．88s、7．33s和6．02s。因此驗證本文算法復(fù)雜度更低，優(yōu)化時間更短。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于鯨魚優(yōu)化算法的汽輪機熱耗率模型預(yù)測[J]. 牛培峰,吳志良,馬云鵬,史春見,李進柏.  化工學(xué)報. 2017(03)
[2]基于混沌粒子群優(yōu)化算法的異結(jié)構(gòu)混沌反同步自抗擾控制[J]. 劉福才,賈亞飛,任麗娜.  物理學(xué)報. 2013(12)



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