一种磁浮列车悬浮系统参数优化方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及磁浮列车悬浮控制系统参数优化领域，特别涉及一种磁浮列车悬浮系统参数优化方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

传统的智能优化算法在进行参数优化时，首先会利用初始参数值计算得到中间参数值，并根据中间参数值的优化效果继续进行迭代优化。然而磁浮列车悬浮控制系统一般要求性能指标控制在一定范围内，在优化悬浮控制系统参数时还需满足性能指标的约束条件，此时传统智能优化算法会出现无法通过初始值计算得到满足性能指标约束条件的中间值的情况，进而无法继续其他迭代优化步骤。

因此，如何有效地优化磁浮列车悬浮控制系统参数是本领域技术人员需要面对的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁浮列车悬浮系统参数优化方法、装置、电子设备及存储介质，可利用拉丁超立方抽样方法获取可靠的初始参数值，并利用初始参数值进一步精确地优化磁浮列车悬浮控制系统参数。

为解决上述技术问题，本发明提供一种磁浮列车悬浮系统参数优化方法，包括：

对第一取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到第一参数值；

利用所述第一参数值执行优选参数值查找操作，得到初始优选参数值；

利用所述初始优选参数值及预设区间宽度确定第二取值区间；

对第二取值区间内的PID控制参数执行所述拉丁超立方抽样操作，得到第二参数值；

利用所述第二参数值执行所述优选参数值查找操作，得到最终优选参数值。

可选地，所述利用所述第一参数值执行优选参数值查找操作，得到初始优选参数值，包括：

计算所述第一参数值对应的超调量、调节时间及积分指标；

将所述超调量小于预设超调量且调节时间小于预设调节时间的所述第一参数值设置为中间值；

利用所述中间值对应的积分指标，在所述中间值中确定所述积分指标最小的初始优选参数值。

可选地，所述积分指标为ITAE指标。

可选地，所述利用所述初始优选参数值及预设区间宽度确定第二取值区间，包括：

将所述初始优选参数值设置为区间中心，并利用所述区间中心及所述区间宽度构造所述第二取值区间。

可选地，得到最终优选参数值之后，还包括：

将所述最终优选参数值设置为磁浮列车悬浮系统参数。

可选地，所述对第一取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到第一参数值，包括：

对第一取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到参数抽样值；

利用PID控制参数的类型对所述参数抽样值进行组合，得到所述第一参数值。

可选地，所述对第一取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到参数抽样值，包括：

利用所述第一取值区间设置抽样起始值及抽样间隔值；

利用所述抽样起始值及所述抽样间隔值对所述PID控制参数执行所述拉丁超立方抽样操作，得到所述参数抽样值。

本发明还提供一种磁浮列车悬浮系统参数优化装置，包括：

第一抽样模块，用于对第一取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到第一参数值；

第一查找模块，用于利用所述第一参数值执行优选参数值查找操作，得到初始优选参数值；

取值区间确定模块，用于利用所述初始优选参数值及预设区间宽度确定第二取值区间；

第二抽样模块，用于对第二取值区间内的PID控制参数执行所述拉丁超立方抽样操作，得到第二参数值；

第二查找模块，用于利用所述第二参数值执行所述优选参数值查找操作，得到最终优选参数值。

本发明还提供一种电子设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述所述的磁浮列车悬浮系统参数优化方法。

本发明还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现如上述所述的磁浮列车悬浮系统参数优化方法。

本发明提供一种磁浮列车悬浮系统参数优化方法，包括：对第一取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到第一参数值；利用所述第一参数值执行优选参数值查找操作，得到初始优选参数值；利用所述初始优选参数值及预设区间宽度确定第二取值区间；对第二取值区间内的PID控制参数执行所述拉丁超立方抽样操作，得到第二参数值；利用所述第二参数值执行所述优选参数值查找操作，得到最终优选参数值。

可见，本方法首先利用执行拉丁超立方抽样操作确定参数值的方式确定参数优化的初始值。由于传统的智能优化算法在进行初始参数值选择时无法确保初始参数值分散于取值区间的各个位置，进而存在无法通过初始值计算得到满足性能指标约束条件的中间值的情况；但本方法采用拉丁超立方抽样进行初始参数值确定，由于拉丁超立方抽样操作可先将取值区间进行等分，再对每个等分区间中进行随机抽样，因此可确保等分区间完全覆盖取值区间，进而确保抽样得到初始参数值分散在取值区间的各个位置。同时，本方法在得到初始优选参数值之后，还利用该值及预设区间宽度确定第二取值区间，并进一步利用在第二取值区间中进行拉丁超立方抽样操作得到的第二参数值进行优选参数值查找操作，可进一步提升磁浮列车悬浮系统参数优化的效果。本发明还提供一种磁浮列车悬浮系统参数优化装置、电子设备和存储介质，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种磁浮列车悬浮系统参数优化方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的一种磁浮列车悬浮系统参数优化装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

传统的智能优化算法在进行参数优化时，首先会利用初始参数值计算得到中间参数值，并根据中间参数值的优化效果继续进行迭代优化。然而磁浮列车悬浮控制系统一般要求性能指标控制在一定范围内，在优化悬浮控制系统参数时还需满足性能指标的约束条件，此时传统智能优化算法会出现无法通过初始值计算得到满足性能指标约束条件的中间值的情况，进而无法继续其他迭代优化步骤。有鉴于此，本发明提供一种磁浮列车悬浮系统参数优化方法，可基于拉丁超立方抽样操作进行参数选择，确保初始参数值的选取位置足够分散且分布均匀，并进一步避免无法通过初始参数值计算得到满足性能指标约束的中间值的情况。请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种磁浮列车悬浮系统参数优化方法的流程图，该方法可以包括：

S101、对第一取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到第一参数值。

PID控制算法是结合比例、积分和微分三种环节于一体的控制算法，是磁浮列车悬浮系统控制中的核心算法，本发明实施例主要针对于PID控制参数进行优化。其中PID是指比例（Proportion）、积分（Integral）、微分（Derivative）。由于在优化悬浮控制系统参数时还需要满足性能指标的约束条件，进而该优化问题可转变为不等式约束的优化问题。传统的智能优化算法在应对此类不等式约束优化问题时，会出现无法通过初始值计算得到满足性能指标约束条件的中间值的情况，进而无法继续进行其他优化步骤。而本发明实施例采用拉丁超立方抽样操作进行初始的第一参数值选择，该抽样操作首先会对取值区间进行等分操作得到若干等分区间，然后在等分区间中进行随机抽样得到初始的第一参数值，可确保第一参数值所述的等分区间完全覆盖取值区间，进而确保第一参数值的取值位置具有足够的分散度和代表性，最终避免本发明实施例其他计算过程无法通过初始的第一参数值计算得到满足约束条件的解的情况。

需要说明的是，本发明实施例并不限定第一取值区间的具体数值，只要能够满足计算需求即可，用户可根据实际应用需求进行设定。可以理解的是PID控制参数至少由比例（Proportion）、积分（Integral）、微分（Derivative）三种类型的参数构成。本发明实施例并不限定每种类型的PID控制参数对应的第一取值区间的具体数值，只要能够满足计算需求即可。

本发明实施例并不限定拉丁超立方抽样操作的具体过程，用户可参考拉丁超立方抽样的相关技术。

进一步，本发明实施例并不限定在获得PID控制参数的参数抽样值后是否需要对参数抽样值进行组合，当PID控制参数对应的参数抽样值数量较少，管理效率较高，计算效率较高时，可无需进行组合，当PID控制参数对应的参数抽样值数量较多，需要提升计算效率或管理效率时，也可以对参数抽样值进行组合。在本发明实施例中，考虑到PID控制参数对应的参数抽样值较多，为了方便管理及计算，可以对参数抽样值进行组合得到第一参数值。

在一种可能的情况中，对第一取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到第一参数值的过程，可以包括：

步骤11：对第一取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到参数抽样值；

步骤12：利用PID控制参数的类型对参数抽样值进行组合，得到第一参数值。

需要说明的是，本发明实施例并不限定具体的组合方式和组合顺序，用户可根据实际应用需求进行设定。

进一步，本发明实施例并不限定在第一取值区间中进行拉丁超立方抽样操作之前，是否需要设置抽样起始值，当第一取值区间中位于区间起始位置的值也具有优化价值，需要参与后续的优化计算时，可以不设置抽样起始值；当第一取值区间中位于区间起始位置的某一区间中存在无优化意义或优化意义较低的值，可以进行排除以提升计算效率时，也可以设置抽样起始值已去除该部分无意义的值。在本发明实施例中，为了提升计算效率，可设置抽样起始值，以排除第一取值区间中位于区间起始位置的某一区间中存在无优化意义或优化意义较低的值。

在一种可能的情况中，对第一取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到参数抽样值，包括：

步骤21：利用第一取值区间设置抽样起始值及抽样间隔值；

步骤22：利用抽样起始值及抽样间隔值对PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到参数抽样值。

抽样间隔值为拉丁超立方抽样操作的必要参数，用于拉丁超立方抽样的等分过程。需要说明的是，本发明实施例并不限定抽样起始值及抽样间隔值的具体数值，用户可根据实际应用需求进行设定。

下面结合具体实例解释上述过程。将PID控制参数中的比例参数（Proportion）、积分参数（Integral）和微分参数（Derivative）分别设置为

设置起始点为

利用以上参数对PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作后，每种PID控制参数均得到

S102、利用第一参数值执行优选参数值查找操作，得到初始优选参数值。

需要说明的是，本发明实施例并不限定优选参数查找操作的具体过程，例如可利用第一参数值计算积分指标，并根据积分指标的大小确定优选参数，也可以利用第一参数值计算悬浮控制系统的性能指标，并利用性能指标的约束条件确定优选参数，也可以是以上两种方法的组合。在本发明实施例中，为了确保优选参数满足积分指标要求的同时满足性能指标的约束条件，可采用以上两种方法的组合。本发明实施例并不限定具体的性能指标，例如可以为超调量、调节时间、上升时间、稳态误差等，也可以为多种性能指标的组合。在本发明实施例中，考虑到磁浮列车悬浮系统重点针对超调量和调节时间进行参数优化，因此性能指标可采用超调量和调节时间的组合。

在一种可能的情况中，利用第一参数值执行优选参数值查找操作，得到初始优选参数值的过程，可以包括：

步骤31：计算第一参数值对应的超调量、调节时间及积分指标；

步骤32：将超调量小于预设超调量且调节时间小于预设调节时间的第一参数值设置为中间值；

步骤33：利用中间值对应的积分指标，在中间值中确定积分指标最小的初始优选参数值。

进一步，本发明实施例并不限定具体的积分指标，例如可以为平方误差积分准则（ISE）、时间乘平方误差积分准则（ITSE）、绝对误差积分准则（IAE）或时间成绝对误差积分准则（ITAE）。由于ITAE在进行动态性能分析时精确度较高，可准确描述参数的动态性能，因此在本发明实施例中，可采用ITAE指标作为积分指标。本发明实施例也不限定超调量、调节时间的具体计算方法，用户可参考PID控制及悬浮控制系统的相关技术。

下面以一个具体的例子解释上述过程。

将

根据超调量及调节时间对第一参数值进行筛选。如果

利用ITAE指标在保存的

S103、利用初始优选参数值及预设区间宽度确定第二取值区间。

本发明为了更加精确地查找优选参数值，在得到初始优选参数值之后采用该值进一步确定第二取值区间，以缩小查找范围同时在初始优选参数值附近查找最终优选参数值。

需要说明的是，本发明实施例并不限定利用初始优选参数值及预设区间宽度确定第二取值区间的具体方式，例如可以以初始优选参数值为区间起始点，并向坐标轴正方向延伸预设区间宽度得到第二取值区间，也可以以初始优选参数值为区间结束点，并向坐标轴负方向延伸预设区间宽度得到第二取值区间，也可以为初始优选参数值为区间中点，向两侧延伸直至总延伸长度为预设区间宽度，得到第二取值区间。在本发明实施例中，为了确保优选参数值查找的可靠性和准确性，可采用第三种方法确定第二取值区间。需要说明的是，本发明实施例并不限定预设区间宽度的具体数值，用户可根据实际应用需求进行设定。

在一种可能的情况中，利用初始优选参数值及预设区间宽度确定第二取值区间的过程，可以包括：

步骤41：将初始优选参数值设置为区间中心，并利用区间中心及区间宽度构造第二取值区间。

S104、对第二取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到第二参数值。

需要说明的是，本发明实施例对步骤S104的限定描述与步骤S101的限定描述相同，具体可参考S101部分的描述，此处不再赘述。

下面以具体的例子解释第二取值区间的确定过程及第二参数值的选择过程。当得到初始优选参数值

利用以上参数对PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作后，每种PID控制参数均得到

S105、利用第二参数值执行优选参数值查找操作，得到最终优选参数值。

需要说明的是，本发明实施例对步骤S105的限定描述与步骤S102的限定描述相同，具体可参考S102部分的描述，此处不再赘述。

进一步，本发明实施例并不限定得到最终优选参数值的后续操作，例如可以输出该最终优选参数值，也可以将最终优选参数值设置为磁浮列车悬浮系统参数。为了及时利用该值参与悬浮系统控制，在一种可能的情况中，得到最终优选参数值之后，还可以包括：

步骤51：将最终优选参数值设置为磁浮列车悬浮系统参数。

下面以一个具体的例子解释上述过程。

将

根据超调量及调节时间对第二参数值进行筛选。如果

利用ITAE指标在保存的

基于上述实施例，本方法首先利用执行拉丁超立方抽样操作确定参数值的方式确定参数优化的初始值。由于传统的智能优化算法在进行初始参数值选择时无法确保初始参数值分散于取值区间的各个位置，进而存在无法通过初始值计算得到满足性能指标约束条件的中间值的情况；但本方法采用拉丁超立方抽样进行初始值确定，由于拉丁超立方抽样操作可先将取值区间进行等分，再对每个等分区间中进行随机抽样，因此可确保等分区间完全覆盖取值区间，进而确保抽样得到初始值分散在取值区间的各个位置。同时，本方法在得到初始优选参数值之后，还利用该值及预设区间宽度确定第二取值区间，并进一步利用在第二取值区间中进行拉丁超立方抽样操作得到的第二参数值进行优选参数值查找操作，可进一步提升磁浮列车悬浮系统参数的优化效果。

下面对本发明实施例提供的一种磁浮列车悬浮系统参数优化装置、电子设备和存储介质进行介绍，下文描述的磁浮列车悬浮系统参数优化装置、电子设备和存储介质与上文描述的磁浮列车悬浮系统参数优化方法可相互对应参照。

请参考图2，图2为本发明实施例所提供的一种磁浮列车悬浮系统参数优化装置的结构框图，该装置可以包括：

第一抽样模块201，用于对第一取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到第一参数值；

第一查找模块202，用于利用第一参数值执行优选参数值查找操作，得到初始优选参数值；

取值区间确定模块203，用于利用初始优选参数值及预设区间宽度确定第二取值区间；

第二抽样模块204，用于对第二取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到第二参数值；

第二查找模块205，用于利用第二参数值执行优选参数值查找操作，得到最终优选参数值。

可选地，第一查找模块202，还可以包括：

第一计算子模块，用于计算第一参数值对应的超调量、调节时间及积分指标；

中间值设置子模块，用于将超调量小于预设超调量且调节时间小于预设调节时间的第一参数值设置为中间值；

初始优选参数值确定子模块，用于利用中间值对应的积分指标，在中间值中确定积分指标最小的初始优选参数值。

可选地，第一计算子模块中的积分指标为ITAE指标。

可选地，取值区间确定模块203，可以包括：

取值区间确定子模块，用于将初始优选参数值设置为区间中心，并利用区间中心及区间宽度构造第二取值区间。

可选地，该装置还可以包括：

设置模块，用于将最终优选参数值设置为磁浮列车悬浮系统参数。

可选地，第一抽样模块201，可以包括：

抽样值提取子模块，用于对第一取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到参数抽样值；

组合子模块，用于利用PID控制参数的类型对参数抽样值进行组合，得到第一参数值。

可选地，抽样值提取子模块，可以包括：

抽样参数设置单元，用于利用第一取值区间设置抽样起始值及抽样间隔值；

抽样值提取单元，用于利用抽样起始值及抽样间隔值对PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到参数抽样值。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序时实现如上述的磁浮列车悬浮系统参数优化的步骤。

由于电子设备部分的实施例与磁浮列车悬浮系统参数优化方法部分的实施例相互对应，因此电子设备部分的实施例请参见磁浮列车悬浮系统参数优化方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

本发明实施例还提供一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任意实施例的磁浮列车悬浮系统参数优化方法的步骤。如计算机程序被处理器执行时实现对第一取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到第一参数值；利用第一参数值执行优选参数值查找操作，得到初始优选参数值；利用初始优选参数值及预设区间宽度确定第二取值区间；对第二取值区间内的PID控制参数执行拉丁超立方抽样操作，得到第二参数值；利用第二参数值执行优选参数值查找操作，得到最终优选参数值。

由于存储介质部分的实施例与磁浮列车悬浮系统参数优化方法部分的实施例相互对应，因此存储介质部分的实施例请参见磁浮列车悬浮系统参数优化方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的一种磁浮列车悬浮系统参数优化方法、装置、电子设备和存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。