基于遺傳算法的云模型控制器設(shè)計(jì).pdf

1、控制對(duì)象的非線性性質(zhì)、復(fù)雜的干擾性及各種不確定性廣泛存在于實(shí)際控制系統(tǒng)中。很多傳統(tǒng)的控制理論和方法往往難以應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)中。智能控制越來(lái)越多應(yīng)用到了理論和實(shí)際中。云模型是一種新興的用于模擬人類思維中存在的不確定性智能的轉(zhuǎn)換模型。從近年來(lái)的研究說(shuō)明，其優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，而且在某些控制對(duì)象方面，比傳統(tǒng)控制方法具有更好的控制品質(zhì)。但是，與模糊控制器設(shè)計(jì)一樣，如何選取合適的控制器一直是個(gè)難題，對(duì)于云模型智能控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究，還未有人涉及，

2、本文采用進(jìn)化思想，利用遺傳策略，嘗試從這方面做些研究，主要針對(duì)一維P+I+D云模型、二維PD型云模型的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并取得了一定的研究成果，并據(jù)此設(shè)計(jì)了一類新型的擬人控制器――云模型智能控制器，仿真研究結(jié)果表明，控制器設(shè)計(jì)方法合理有效，魯棒性強(qiáng)，為云模型控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了借鑒思路。本論文的主要工作包括： （1）第一部分，首先介紹了云模型的基本概念、分類、各種基本云模型發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法。包括云模型的基本定義，針對(duì)正態(tài)云

3、模型的基本特點(diǎn)，給出了其物理解釋，詳細(xì)介紹了云模型發(fā)生器的分類，包括前件云、逆向云、條件云等的特點(diǎn)及具體實(shí)現(xiàn)方法等；其次，介紹了遺傳算法的基本概念、優(yōu)化方法等。重點(diǎn)介紹了基本遺傳算法的設(shè)計(jì)思想、實(shí)現(xiàn)方法以及各種不同的編碼方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)本論文的具體要求，提出了具體的的遺傳算法的設(shè)計(jì)步驟，并就遺傳算法的適應(yīng)值度量指標(biāo)做了改進(jìn)處理，以滿足優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體要求。 （2）第二部分，采用遺傳算法，設(shè)計(jì)出經(jīng)優(yōu)化的一維P+I+D型云模型控制

4、器。我們知道，云模型理論研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)仍然處于起始階段，尤其重要的一點(diǎn)，云模型控制器的本身優(yōu)劣對(duì)控制效果至關(guān)重要，如何設(shè)計(jì)控制器，設(shè)計(jì)方法和原則都是需要作深入研究。譬如：云模型輸出的驅(qū)動(dòng)因子的選取、云的三個(gè)數(shù)字特征(期望Ex、熵En和超熵He)的確定，規(guī)則庫(kù)的建立，目前還沒(méi)有找到一套行之有效的方法，也是云模型研究的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題，本部分采用基于二進(jìn)制編碼的遺傳算法進(jìn)行云模型控制器本身參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在SIMULINK仿真環(huán)境下進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)

5、計(jì)，利用MATLAB語(yǔ)言完成了優(yōu)化算法程序的編寫(xiě)，仿真結(jié)果可以看出：所設(shè)計(jì)的P+I+D型一維云模型控制器簡(jiǎn)易、控制性能良好、魯棒性強(qiáng),為云模型控制器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一條可借鑒的途徑。 （3）第三部分，采用遺傳算法，設(shè)計(jì)出具有典型意義的二維PD型云模型控制器。在模糊控制系統(tǒng)中，以偏差及偏差變化率為控制指標(biāo)的控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究最廣泛，在工程實(shí)踐中應(yīng)用也最多。作者就曾以偏差及偏差變化率為控制指標(biāo)，采用在工程應(yīng)用中較為普遍的模糊控制策略

6、，對(duì)某小區(qū)恒壓變頻供水系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，取得了很好的應(yīng)用效果，因此，以PD型云模型控制器作為研究重點(diǎn)，顯然具有典型意義。本部分主要是以PD型二維云模型控制器為重點(diǎn)，并且將其控制器與傳統(tǒng)的PID控制器仿真結(jié)果進(jìn)行比較，得出了自己的結(jié)論。 云模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法還在不斷完善之中，本課題雖然取得了階段性成果，但就采用遺傳算法進(jìn)行控制器優(yōu)化來(lái)說(shuō)，是否還存在更有普遍意義的設(shè)計(jì)手段？另外，我們知道，云模型是一種定性定量轉(zhuǎn)換模型，但是由于云模型