基于膜計(jì)算優(yōu)化算法的控制器研究與設(shè)計(jì).pdf

1、膜計(jì)算又稱(chēng)P系統(tǒng)，其本質(zhì)是從活細(xì)胞以及由細(xì)胞組成的組織或器官的功能和結(jié)構(gòu)中抽象出模型或計(jì)算思想，是一種具有層次結(jié)構(gòu)的分布式、并行計(jì)算模型。膜計(jì)算(P系統(tǒng))不是對(duì)生物膜功能的簡(jiǎn)單模擬，而是從多種生物膜的功能和結(jié)構(gòu)中抽象出一些最基本的特性夠成的計(jì)算模型，其三大關(guān)鍵組成部分為：膜的層次結(jié)構(gòu)，表示對(duì)象的多重集和進(jìn)化規(guī)則集。
　　 膜優(yōu)化算法是一種模擬生物細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)化機(jī)制的優(yōu)化程序，這種優(yōu)化程序具有多層次、區(qū)域分割的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)在于靈

2、活多變的膜結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的包容性，可以融合其他算法的優(yōu)點(diǎn)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。本文基于現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外膜計(jì)算及膜優(yōu)化算法的研究成果，對(duì)粒子群優(yōu)化算法(PSO)和基于P系統(tǒng)的粒子群優(yōu)化算法(PSOPS)進(jìn)行了深入研究，探討了其在PID控制器參數(shù)整定中的應(yīng)用，提出其改進(jìn)算法并應(yīng)用于非線(xiàn)性系統(tǒng)的控制中，以此拓展膜計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域。本文的主要研究?jī)?nèi)容和成果如下：
　　 (1)利用基于P系統(tǒng)的粒子群優(yōu)化算法(PSOPS)的強(qiáng)大尋優(yōu)能力，將其應(yīng)用于PID控制

3、器的參數(shù)優(yōu)化整定中，以工業(yè)過(guò)程中4個(gè)典型的SISO對(duì)象為背景進(jìn)行對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明與傳統(tǒng)方法整定得到的控制器參數(shù)相比，使用PSOPS優(yōu)化方法所獲得的PID控制器性能最優(yōu)。
　　 (2)針對(duì)PSOPS算法中的粒子在搜尋過(guò)程中容易表現(xiàn)出“聚集現(xiàn)象”而陷入局部最小值，提出其改進(jìn)算法，即基于變異PSO的膜優(yōu)化算法(MPSO-MC)，以弱化粒子在運(yùn)行過(guò)程中的強(qiáng)烈趨同性并充分利用膜算法的并行性和不確定性。該算法采用水平混合變異算子，膜計(jì)

4、算中的單層膜結(jié)構(gòu)和交流規(guī)則，以及PSO算法中的進(jìn)化規(guī)則等。選取10個(gè)搜索空間大、局部極小點(diǎn)多、欺騙性強(qiáng)的Benchmark函數(shù)進(jìn)行仿真(這些函數(shù)包括單峰函數(shù)和多峰函數(shù)，連續(xù)函數(shù)和非連續(xù)函數(shù)，求最小值函數(shù)和求最大值函數(shù))，并將結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法(PSO)和基于膜計(jì)算的粒子群算法(PSOPS)的優(yōu)化結(jié)果作對(duì)比，顯示了該算法的有效性。
　　 (3)將MPSO-MC算法用于控制非線(xiàn)性強(qiáng)耦合MIMO系統(tǒng)并設(shè)計(jì)PIDNN控制器，最后將控制