基于 L-SHADE 自适应优化的轨迹跟踪 PID 反应堆功率控制研究

《Scientific Reports》：Adaptive evolutionary PID controller using SHADE and L-SHADE for TRIGA mark-II reactor

　　

摘要

本文提出了一种基于轨迹跟踪的PID（TTPID）控制器，该控制器通过结合基于成功历史的自适应差分进化（SHADE）算法及其改进版本——线性种群规模缩减SHADE（L-SHADE）算法，用于ITU TRIGA Mark-II研究反应堆的功率调节。本研究的主要创新点在于将自适应差分进化机制与轨迹跟踪PID框架相结合，用于核反应堆功率控制，这一方法在文献中尚未有所报道。本文采用了一个受限的时间加权绝对误差积分（ITAE）目标函数，以实现跟踪误差的最小化并限制控制棒的过度运动。首先对SHADE和L-SHADE的优化性能进行了比较，结果表明L-SHADE具有更快的收敛速度和更稳定的收敛性，且适应度波动更小。随后在50至250千瓦的不同初始功率和目标功率水平下对优化后的控制器进行了评估。仿真结果表明，在目标功率为225千瓦时，所提出的L-SHADE-TTPID控制器能够以可忽略的稳态误差和低于1.1%的超调量成功跟踪参考轨迹。该控制器的稳定时间低于23秒，响应时间低至17秒，在大多数运行场景中优于之前报道的FLC-PSO和MFLNN-PSO控制器。此外，所有运行约束都得到了满足，同时保持了控制棒的平稳运动。实验结果证实，基于自适应差分进化的PID调优方法为非线性反应堆功率控制提供了一种有效且稳健的解决方案，有望成为现有智能控制方法的有效替代方案。