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研究生: 許惠玟
HUI-WEN HSU
論文名稱: 水母演算法於最佳比例積分微分控制參數搜尋應用
Jellyfish Search Algorithm Applied to Optimum PID Control Parameters Searching
指導教授: 劉益華
Yi-Hua Liu
口試委員: 鄧人豪
Jen-Hao Teng
王順忠
Shun-Chung Wang
邱煌仁
Huang-Jen Chiu
楊宗振
Zong-Zhen Yang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 69
中文關鍵詞: 比例積分微分控制器最佳化水母演算法
外文關鍵詞: Proportional integral derivative (PID) controller, Optimization, Jellyfish Search (JS)
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比例積分微分(PID)控 制器發展已久,具有構造簡單及穩定控制之特性,因此被廣泛利用在各工業領域上。 而 PID控制器的控制參數對系統性能表現有很大的影響, 已有許多 文獻 提出各 種 簡單且被廣 泛應用的控制器參數調整法,但更有效的參數調整方法仍是研究上的一項重要議題。
本文應用水母演算法(Jellyfish Search, JS)於最佳比例積分微分控制參數搜尋,主要目的為使用水母演算法來搜尋降壓式轉換器之最佳化PID控制參數。本文於MATLAB上實現水母演算法並利用Simulink模擬降壓式轉換器電路,經過運算後會得到使目標函數最佳化之PID參數組合結果。本文比較使用水母演算法所得之最佳化參數與使用其他參數調整法所得的參數之控制器性能表現,根據模擬結果顯示,相較於I/O Data設計法、PID Tuner設計法與齊格勒調整法,本文所得之最佳化參數在電壓響應誤差量方面分別可改善96 %、31.23%與99.99 %。


With its characteristics of simple structure and stable control, the proportional integral derivative (PID) controller is extensively used in various industrial fields. Besides, the control parameters have a significant influence on the performance of PID controllers. Nowadays, although several simple and widely-used controller parameter adjustment methods have been proposed in the literature, an effective parameter adjustment method is still an essential issue in research.
In this study, Jellyfish Search (JS) algorithm is applied to search for the best proportional-integral-derivative control parameters; the primary purpose is to obtain the optimized PID control parameters of the buck converter by using the Jellyfish Search algorithm. This study implements the Jellyfish Search algorithm on MATLAB and uses Simulink to simulate the buck converter circuit. Using this approach, the PID parameter combination that optimizes the objective function will be obtained. This study compares the controller performance of the optimized parameter obtained by Jellyfish Search algorithm with those obtained by other parameter adjustment methods. According to the simulation results, compared with the I/O Data design method, PID Tuner design method, and ZN adjustment method, the optimized parameters obtained in this study can improve the accumulated square error of voltage response by 96%, 31.23% and 99.99%, respectively.

摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 III 圖目錄 VIII 表目錄 XI 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目標 1 1.3 文獻探討 2 1.4 論文大綱 4 第二章 比例積分微分控制器與設計方法 5 2.1 比例積分微分控制器簡介 5 2.2習知的 PID參數調整方法 7 2.2.1 I/O Data設計法 7 2.2.2 PID Tuner設計法 11 2.2.3 Ziegler-Nichols調整法 12 第三章 降壓式轉換器 16 3.1 降壓式轉換器動作原理與分析[16] 16 3.1.1 開關導通模式 17 3.1.2 開關截止模式 18 3.1.3 直流增益電壓轉換比 19 3.2 降壓式轉換器之小訊號模型 19 第四章 應用於PID最佳參數設計之水母演算法 21 4.1水母演算法 21 4.1.1 水母演算法簡介 21 4.1.2 水母演算法之程式流程 22 4.2 降壓式轉換器電路結合水母演算法進行PID參數最佳化 26 4.2.1 電路模擬 26 4.2.2 PID參數最佳化問題說明 27 4.2.3 以水母演算法求解PID最佳化問題 29 第五章 模擬結果與分析 31 5.1模擬之降壓式轉換器 31 5.2 PID參數調整與水母演算法應用於電路之分析 33 第六章 結論與未來展望 52 6.1 結論 52 6.2 未來展望 53 參考文獻 54

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