PID控制器参数整定与实现

前言

第1章绪论

1.1PID控制器参数整定的发展与现状

1.2PID控制器参数整定的分类

1.3PID控制的基本原理

第2章PID控制器参数整定方法

2.1常规ZN整定方法及实现分析

2.2基于模糊控制的PID控制器参数整定

2.2.1模糊控制

2.2.2模糊控制器的原理与组成

2.2.3模糊自适应PID控制器参数整定原理

2.2.4模糊自适应PID控制器参数整定算法

2.2.5基于模糊控制PID控制器参数整定的仿真

2.3基于小波神经网络的PID控制器参数整定

2.3.1神经网络

2.3.2人工神经元

2.3.3神经网络的功能和学习方式

2.3.4BP神经网络

2.3.5基于BP神经网络的PID控制器设计

2.3.6小波神经网络

2.3.7小波神经网络的PID控制器设计

2.3.8数例仿真

2.4基于遗传算法的PID控制器参数整定及仿真

2.4.1遗传算法的基本原理

2.4.2改进的遗传算法

2.4.3改进的遗传算法PID控制器设计

2.4.4数例仿真

2.5基于克隆选择算法的PID控制器参数整定

2.5.1克隆选择算法的基本框架.

2.5.2基于克隆选择算法的PID控制器参数整定

2.5.3仿真结果

2.6基于粒子群算法的PID控制器参数整定及仿真

2.6.1粒子群算法基本原理

2.6.2基于PSO的PID控制器参数整定

2.6.3标准的PSO算法在PID控制器参数整定中的应用

2.6.4仿真结果

2.6.5改进的PSO算法原理

2.6.6基于改进PS0的PID控制器参数整定

2.6.7仿真结果

2.6.8改进的PSO与标准PSO仿真结果比较

2.7多目标H2／H∞鲁棒PID控制器参数整定

2.7.1线性矩阵不等式理论

2.7.2LMI区域与H2／H∞性能

2.7.3LMI区域的描述

2.7.4H2性能指标

2.7.5H∞性能指标

2.7.6系统数学模型的建立

2.7.7多目标H2／H∞PID控制器设计

2.7.8多目标最优H2PID控制器的设计

2.7.9数例仿真

第3章分数阶PID控制器的参数整定

3.1分数阶微积分的定义

3.2分数阶控制器

3.3分数阶PIλDμ控制器的数字实现

3.4基于粒子群算法的分数阶PID控制器参数整定

3.5基于神经网络的分数阶PID控制器参数整定

3.6基于免疫克隆选择算法的分数阶PID控制器参数整定

第4章基于QDRNN的多变量PID控制器参数整定

4.1对角递归神经网络

4.2对角递归神经网络Jacelbian信息辨识

4.3准对角递归神经网络

4.4准对角递归神经网络Jacobian信息辨识

4.5基于准对角递归神经网络多变量PID控制算法

4.6数例仿真

第5章数字PID控制器的FPGA实现

5.1数字PID控制器的硬件架构设计

5.2各模块功能设计与实现

5.2.1控制模块的设计与实现

5.2.2加法器与乘法器设计与实现

5.3数字PID控制器的开环仿真

第6章基于BP神经网络的PID控制器的FPGA实现

6.1硬件架构

6.2各功能模块的设计及实现

6.3仿真实验及结果分析

第7章基于遗传算法的PID控制器的FPGA实现

7.1基于GA的PID控制器的硬件架构

7.2各个功能模块设计与实现

7.2.1控制模块设计与实现

7.2.2随机数模块设计与实现

7.2.3存储器模块设计与实现

7.2.4适应度模块设计与实现

7.2.5初始化模块设计与实现

7.2.6选择模块设计与实现

7.2.7交叉变异模块设计与实现

7.2.8存储模块设计与实现

7.3仿真实验及结果分析

7.3.1各模块的功能仿真

7.3.2基于遗传算法的PID控制器闭环仿真

第8章基于粒子群算法的PID控制器的FPGA实现

8.1粒子群算法运行参数的选择

8.2基于粒子群算法的PID控制器的硬件架构

8.3各功能模块设计与实现

8.3.1控制模块设计与实现

8.3.2存储器模块设计与实现

8.3.3全局最优模块设计与实现

8.3.4局部最优模块设计与实现

8.3.5惯性因子模块设计与实现

8.3.6速度位置更新模块设计与实现

8.3.7其他模块设计与实现

8.4仿真实验及结果分析

附录

附录A主要算法的基本程序

A.1基于BP神经网络的PID控制器参数整定源程序

A.2基于小波神经网络的PID控制器参数整定源程序

A.3基于改进遗传算法的PID控制器参数整定源程序

A.4基于准对角递归神经网络多变量PID控制器参数整定源程序

A.5实数编码的粒子群算法源程序

附录B基于粒子群算法的PID控制器的FPGA实现源程序

附录CModelsimSE的使用简介

C.1添加Altera仿真库的步骤

C.2功能仿真步骤

参考文献

前言

人能活在这个世上，已经是大赢家了。其实生命本身就是一个极大的奖赏，如果能风平浪静地生活，有一定的财富，有爱你的人，有属于自己的事业，有成功的期许……这种生命就是一个笑容!

真正有智慧的人，不会令自己有些许的悲伤，“笑”是人生的一大财富。

我为什么会明白这个道理？因为我曾是一个不懂“笑”的人，一名快乐及笑容的“寻道者”。

一天，奇妙的事情发生了！

我站在时代广场前，蓦然觉得整个城市晶莹通透，耳畔传来从未听过的美妙声音，心中便涌出“万水千山微笑”这六个字。

我知道，这种境界叫“妙观察智”。冥冥之中，发觉一切都来得这么可笑。世间百态，如一部部电影，如果没有先苦后甜的剧情，那电影怎么会好看呢？明白这个道理，便知道电影里的喜怒哀乐，均是欺骗你感官世界的幻像。只要你进入影院，就要明白，剧情都是假的，只是一种虚拟的情境，令你好好享受在光怪陆离的幻影里!

当影院里的灯光亮起，银幕打出“再会”二字的时候，电影里那些绘声绘色、扣人心弦的故事，均随散场付于笑谈之中。

人生便是这样的，死亡亦如电影落幕。无论你是主角还是观众，总有一天，你要接受电影般的终结。

一切何必这样认真?!

因此，好好笑一下，不要让自己成为悲剧人物。马上告诉自己，做一个痛苦的人是多么愚蠢的事。

《笑佛论人生》是为你量身定做的一本福音书，你要在这一刻获得此书的加持，并将此书放在自己的方位(男放西北，女放西南)，你便可马上开悟笑起来，成为“笑佛”。你已即身成佛了！

放眼身边的人，看看谁活得很痛苦，就送《笑佛论人生》给他吧，没有比送此书更有意义和价值的事了！令人开悟是世间最大的慈善。

愿你由此书开始，万水千山微笑，与我一起做个伟大的慈善家！

后记

很多人误解了宗教，特别是误解了佛教。本来想通过宗教令自己开悟及解脱，最后反而因宗教而活得更固执，更不开心。

这些人将过分热情放入宗教团体中，以为宗教是世间最美最单纯的极品，结果，一次又一次地受伤。受伤之后，往往又由一个宗教团体走进另一个宗教团体，结果又遭受重创。这是一个多么令人痛心的悲剧。

因信宗教而焦头烂额的不乏其人。其中因千丝万缕的际遇产生的恩恩怨怨，始终徘徊在轮回之中，更令人痛心疾首。但是，当事人应明白，这正是一个修行的考验。

在过去二十年里，我亲眼目睹了一些人间悲剧，我甚至可以说出悲剧当事人的名字所代表的苦难。他们苦难的根源，说到底，是没有明白一个基本的道理。

请允许我半杜撰一个故事。

善财童子问文殊菩萨：“世间除了师父您之外，还有哪些智慧非凡的导师?”

文殊道：“很多很多。”

童子道：“那我到外间找找。”

文殊微笑目送。

童子在外间找师父，找了一个又一个，直至第五十三个，找到了观音菩萨。

童子问：“世间最具智慧的菩萨是谁?我要拜他为师。”

观音道：“当然是他!但他不轻易收徒呀!”

童子道：“我一定要找到他，拜他为师。多困难也要去!”

观音道：“这位智者用尽很多方法，令世人难以明白他、接近他。世间真正拥有大智慧者，都在‘隐’藏着，令你看不见、悟不到他的真正智慧所在，这位智者，经常现于市集之中。”

童子道：“我一定要找到他。”

观音笑道：“世间只有一个有福的人，能拜他为师。或者你先去请教他吧!”

童子道：“好呀!他是谁?”

观音道：“很难找的!他的名字叫善财童子，他的师父便是文殊菩萨。”说罢便消失于一道彩云之中。

“善财童子?文殊菩萨?”

这时，善财童子才知道，良师其实就是自己身边的文殊菩萨，而自己身在福中而不知福。

当善财童子回到五台山，文殊菩萨已不知云游到哪里去了。

世间事多是如此，未婚的总羡慕已婚的，已婚又羡慕未婚的。人拥有而不知珍惜，遇上良师而不自知，这是世间最大的苦难。

那什么是良师呢?就是适合你的人。要明白，世间没有一个永远的强者，强者是相对于你而言的。因此不要问我到哪里找文殊，只要那尊菩萨与你有缘，便是你的最佳老师。童子与文殊先有缘而后无缘，失之交臂，错失缘分，这正是人类业力所在。身在福中不知福，喜欢寻寻觅觅，最好的永远已在身边却不自知。因此不必认为我是文殊，或我非文殊，一切都是缘，我们要珍惜缘分。

明白此道理，世间就没有永远的好导师，要看你的缘分，更没有必要认为谁厉害便去拜那人为师，要看你与他的缘分。厉害的人不一定能教出好弟子。童子虽然离开文殊，错失良师，但如他开悟，当知这五十三参是令他明白身在福中不知福的人性业力，这正是文殊要他悟的大道理。童子如明悟，已当下成佛，找文殊已经没必要了!

因此，珍惜师缘的同时，要珍惜自己的悟性。再好的上师，也要与你有缘才可具开示之能。因此不必攻击任何同侪，讨论谁对谁错，谁聪明谁笨，每个人都是凭缘分来结师徒缘的。不同菩萨度不同的人，不同上师度不同的人，尊重别人的缘分，就是尊重自己。在宗教是非中沉沦的人们，不要以为五十三参后是一个悲剧，应该明白，当下开悟，你本身就是世间最具智能的文殊，已非童子之身了。明白吗？

　　本书是作者多年来在基于自然计算的PID控制器参数整定与实现方面进行深入研究的基础上撰写而成的，同时吸纳了国内外许多具有代表性的最新研究成果。全书共分八章，主要内容包括：PID控制器参数整定方法；分数阶PID控制器的参数整定；数字PID控制器的FPGA实现等。全书取材新颖，覆盖面广，深入浅出，注重理论联系实际。　　本书是作者多年来在基于自然计算的PID控制器参数整定与实现方面进行深入研究的基础上撰写而成的。在吸收国内外许多具有代表性的最新研究成果的基础上，本书着重介绍作者在这一领域的研究成果，主要包括：PID控制器参数整定方法；分数阶PID控制器的参数整定；基于QDRNN的多变量PID控制器参数整定；数字PID控制器的FPGA实现；基于BP神经网络的PID控制器的FPGA实现；基于遗传算法的PID控制器的FPGA实现；基于粒子群算法的PID控制器的FPGA实现；主要算法的基本程序。　　本书可作为与自动化相关专业的师生、研究人员以及工程技术人员的参考书。