傳統 PID 控制是套用最廣的一種控制方法 ，但是存在明顯的缺點 ,，如果被控對象具有非線性、大時滯、強耦合等特性時 , 控制效果並不十分理想，抗干擾能力較差 ，對系統參數擾動的魯棒性不強。智慧型型PID表現出的傳統 PID 難以實現的控制性能，使得PID控制器再次引起控制界人士的極大興趣。其中結合免疫反饋機理，提出了免疫PID控制。免疫PID控制能很好的解決傳統PID控制不能解決的問題。
基本介紹
- 中文名：免疫PID控制
- 外文名：Immune PID control
- 分類：計算機 自動化
- 原理：免疫
- 優勢：控制性能優越
- 適用於：工業等行業
簡介,原理,反饋規律,算法,模糊免疫PID控制,仿真,
簡介
PID控制是最早發展起來且在工業過程控制中依然是套用最廣泛的控制策略之一，因為它所涉及的設計算法和控制結構非常簡單，易於調整，非常適用於工業套用背景。此外PID控制方案並不要求精確的受控對象的數學模型，對PID的少許改進往往會獲得較明顯的效果，因而基於 PID 或與 PID相結合的控制方法不斷出現。近年來，由於人工智慧的再次興起及飛速發展，為控制領域提供了全新的方法。智慧型型PID表現出的傳統 PID 難以實現的控制性能，使得PID控制器再次引起控制界人士的極大興趣。其中結合免疫反饋機理，提出了免疫PID控制。
傳統 PID 控制是套用最廣的一種控制方法 ，但是存在明顯的缺點 ,，如果被控對象具有非線性、大時滯、強耦合等特性時 , 控制效果並不十分理想，抗干擾能力較差 ，對系統參數擾動的魯棒性不強。免疫PID控制能很好的解決這些問題。
原理
免疫系統是生物所必備的防禦機理。免疫系統中最重要的細胞是淋巴細胞，且主要有B和T兩類淋巴細胞。在整個生命過程中，B細胞持續地從骨髓產生，其主要功能是產生抗體，執行特異體液免疫功能，其過程由 ? 細胞調節；T細胞由胸腺產生，執行特異細胞免疫和免疫調節功能。T細胞分抑制T細胞和輔助T細胞，分別用於抑制和幫助B細胞對某一刺激的反應。
由於T細胞在免疫反應中起關鍵作用，主要考慮B細胞和T細胞之間的反應，即抗原（Ag）、抗體（Ab）、C 細胞（B）、輔助T細胞（Th）和抑制T細胞（Ts）之間的反應。當抗原被抗原遞呈細胞消化後，抗原遞呈細胞將關於抗原的信息傳遞給Th細胞，分泌白細胞介素(IL+)激活免疫反應，這是主要反饋機理。然後白細胞介素刺激B細胞和 Ts細胞。當抗原被抗體消除後，免疫反應就完成了。也就是說，當抗體增加，Ts 細胞分泌白細胞介素（IL-）來抑制免疫反應，執行抑制機理，於是，免疫系統反應得以穩定。抑制機理和主反饋機理之間相互協作是通過免疫反饋機理對抗原的快速反應和很快地穩定免疫系統來完成的。以上免疫反饋機理可用圖1表示。
圖1
由圖1可知，當抗原進入機體，經周圍細胞消化後，將信息傳遞給T細胞，即傳遞給Th細胞和Ts細胞，Ts細胞用於抑制Th細胞的產生，然後共同刺激B細胞。經過一段時間後，B細胞產生抗體以清除抗原。當抗原較多時，機體內Th細胞亦較多，而Ts細胞卻較少，從而產生的B細胞會多些。隨著抗原的減少，體內Ts細胞增多，它抑制了Th細胞的產生，則B細胞也隨著減少，經過一段時間後，免疫反饋系統便趨於平衡。
反饋規律
基於以上T細胞反饋調節的原理，考慮以下簡單的反饋機理。定義在第k代的抗原數量為
，由抗原刺激的
細胞的輸出為
，
細胞對B細胞的影響為
，則B細胞接收的總刺激為：
其中，
若將抗原的數量
作為偏差，B細胞接收的總刺激
作為控制輸入
，則有以下反饋控制規律：
算法
常規 PID控制輸出的離散形式如下式，其中
分別為比例、積分和微分係數：
P 控制器的控制算法為：
根據免疫規律，免疫PID的輸出為：
模糊免疫PID控制
免疫 PID 控制器的控制性能在很大程度上取決於控制反應速率參數
、控制回響穩定性參數
和非線性函式 
的選取。
模糊免疫 PID 控制器是利用模糊邏輯推理逼近非線性函式的特點 ，在免疫 PID 控制的基礎上加一個模糊控制器進行模糊邏輯控制 . 用免疫調節器調節參數
用模糊調節器調節參數
和
.根據前面所講的免疫原理,利用抗原、
細胞、
細胞和產生的 B 細胞之間的協作關係，可用模糊規則逼近非線性函式，通過模糊逼近和免疫反饋的環節 , 獲得了一個非線性P控制器 , 並結合常規 PID 控制器積分係數消除系統穩態誤差的作用和微分係數改善系統動態特性的作用 ，使控制器的動、靜態調節更加完善 。
仿真
以一個免疫PID控制器為例，將其用於控制一個三階對象和一個非線性對象，並與線性控制器進行比較。三階對象和非線性對象的模型分別為
為了使免疫PID控制器和線性控制器有可比性，二者都採用PID型控制器。此時免疫控制器中增量模組選用三階。在設計免疫反饋控制系統時，先用參數調整方法，線上設計線性PID控制器。然後根據免疫PID控制器的增益與PID控制器的增益之間的關係式來調整免疫控制器的設計參數。
圖2、圖3分別為免疫PID控制器和對應的PID線性控制器的仿真結果：
圖2
圖3
計算機仿真結果表明，所設計的免疫PID控制系統比對應的線性PID控制系統的性能優越。
