南京航空航天大学

研究生实验报告

实验名称： 遗传算法PID控制器设计

姓 名： 学 号： 专 业：

201 年 月 日

一、题目要求

考虑如下某水下航行器的水下直航运动非线性模型：

(m?ma)v?k|v|v?uy?v

其中v?R为水下航行器的前进速度， u?R为水下航行器的推进器推力，

y?R为水下航行器的输出，航行器本体质量、附加质量以及非线性运动阻尼系

数分别为m?100,ma?15,k?10。 作业具体要求：

1、设计基于遗传算法的模糊控制器、神经网络控制器或PID控制器(任选一)。 2、分析采用遗传算法前后的控制效果。 3、分析初始条件对寻优及对控制效果的影响。

4、分析系统在遗传算法作用下的抗干扰能力(加噪声干扰、加参数不确定)、抗非线性能力(加死区和饱和特性)、抗时滞的能力。

二、基于遗传算法的PID控制器设计与仿真

1.遗传算法的水下航行器模型

采用遗传算法对PID控制器参数进行优化，其中水下航行器模型采用如下函数实现，通过调用ode45()可以求解此非线性模型。 %---------------------------------------------------------------- function dy = UnderwaterVehicle(t, y, u)

m = 100 ; ma = 15 ; k = 10 ;

dy = (u - k * abs(y) * y )/(m + ma) ;

%---------------------------------------------------------------- 2.最优指标的选取

为获得满意的过渡过程动态特性，采用误差绝对值积分性能指标作为参数选择的最小目标函数。为防止控制能量过大，在目标函数中加入控制输入的平方项。选用下式作为参数选取的最优指标：