智能控制

1、1,智能控制導(dǎo)論,國(guó)家精品課程配套教材蔡自興,2,智能控制教學(xué)課件,第7章 進(jìn)化控制與免疫控制7.1 遺傳算法簡(jiǎn)介7.2 進(jìn)化控制基本原理7.3 進(jìn)化控制系統(tǒng)示例7.4 免疫算法和人工免疫系統(tǒng)原理7.5 免疫控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7.6 免疫控制系統(tǒng)示例7.7 小結(jié),智能系統(tǒng)與智能軟件研究所,3,7.1 遺傳算法簡(jiǎn)介,7.1.1 遺傳算法的基本原理簡(jiǎn)單遺傳算法霍蘭德(Holland)于1975年首次提出遺

2、傳算法編碼與解碼二進(jìn)制解碼公式浮點(diǎn)數(shù)編碼、格雷碼、符號(hào)編碼、多參數(shù)編碼適應(yīng)度函數(shù)遺傳操作選擇（復(fù)制）、交叉、變異,4,7.1.2 遺傳算法的求解步驟,遺傳算法的特點(diǎn)對(duì)參數(shù)集合編碼從問題解的編碼組開始利用目標(biāo)函數(shù)的適應(yīng)度利用選擇、交叉、變異等算子遺傳算法的框圖簡(jiǎn)單遺傳算法,7.1 遺傳算法簡(jiǎn)介,終止條件,開始,初始化種群,計(jì)算適應(yīng)度值,計(jì)算適應(yīng)度值,計(jì)算適應(yīng)度值,計(jì)算適應(yīng)度值,適應(yīng)度值最優(yōu)個(gè)體,結(jié)束,,

3、,,,,,,,,,,5,7.2 進(jìn)化控制基本原理,7.2.1 進(jìn)化控制原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)化控制及基本思想進(jìn)化機(jī)制與反饋控制機(jī)制的結(jié)合進(jìn)化控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),,,系統(tǒng),,系統(tǒng)狀態(tài),,系統(tǒng)模型,控制器,,,,,,,,,,,,,,,控制輸入,+,-,+,-,(a),(b),6,7.2.1 進(jìn)化控制原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu),進(jìn)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和形式化描述,Ta,轉(zhuǎn)換,人機(jī)接口,適應(yīng)度函數(shù),問題解空間表示,進(jìn)化操作,廣義被控對(duì)象,進(jìn)化控制器,性能

4、評(píng)價(jià),,,,,,,,,,,,,,,,,U,YU,,7.2 進(jìn)化控制基本原理,7,7.3 進(jìn)化控制系統(tǒng)示例,7.3.1 進(jìn)化控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)化控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),人機(jī)接口,知識(shí)庫(kù),經(jīng)驗(yàn)庫(kù),地圖構(gòu)造器,進(jìn)化規(guī)劃器,目標(biāo)驅(qū)動(dòng)行為,反射式行為,環(huán)境,性能判斷,感知,協(xié)調(diào)組合,動(dòng)作,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,行為控制模塊,,任務(wù),任務(wù)描述,狀態(tài),協(xié)調(diào)控制,進(jìn)化規(guī)劃模塊,8,7.3.2

5、 進(jìn)化規(guī)劃器的結(jié)構(gòu)與算法,進(jìn)化規(guī)劃器的結(jié)構(gòu)與算法運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法,7.3 進(jìn)化控制系統(tǒng)示例,離線進(jìn)化算法,先驗(yàn)知識(shí),在線進(jìn)化算法,感知信息,路徑選擇,運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器,行為驅(qū)動(dòng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,目標(biāo)行為,協(xié)調(diào)控制,傳感數(shù)據(jù),基本地圖,協(xié)調(diào)策略,任務(wù),驅(qū)動(dòng),路徑,9,7.4 免疫算法及人工免疫系統(tǒng)原理,7.4.1 免疫算法的提出和定義免疫算法的提出人工免疫系統(tǒng)是由免疫學(xué)理論和觀察到的免疫

6、功能、原理和模型啟發(fā)而產(chǎn)生的適應(yīng)性系統(tǒng)免疫算法是基于自然免疫學(xué)說，可以創(chuàng)建一定的算法來模擬免疫機(jī)制免疫算法的關(guān)鍵在于系統(tǒng)對(duì)受侵害部分的屏蔽、保護(hù)和學(xué)習(xí)控制免疫算法的有關(guān)定義免疫算法人工免疫系統(tǒng)免疫系統(tǒng)的魯棒性抗原、疫苗、抗體,10,7.4.2 免疫算法的步驟及框圖,目前免疫算法還沒有統(tǒng)一的框架,下面介紹一種含有免疫算子的免疫算法.免疫算法的實(shí)際操作過程(1) 具體分析待求解的問題,提取最基本的特征信息.(2)處理該特

7、征信息,并把它轉(zhuǎn)化為一種問題求解方案.(3)以適當(dāng)形式把此方案轉(zhuǎn)化為免疫算子以實(shí)施具體操作及具體的框圖如圖9所示,7.4 免疫算法及人工免疫系統(tǒng)原理,11,,,,結(jié)束,7.4.2 免疫算法的步驟及框圖,7.4 免疫算法及人工免疫系統(tǒng)原理,12,7.5 免疫控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),,7.5.1 免疫控制的四元結(jié)構(gòu) 圖 7.12 免疫控制的四元結(jié)構(gòu),13,7.5.2 免

8、疫系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu),免疫控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu),7.5 免疫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),14,7.6.1 免疫反饋規(guī)則免疫反饋規(guī)則其中K=K1和η0=K1/K2,參數(shù)K控制響應(yīng)速度,參數(shù)控制穩(wěn)定作用,7.6 免疫控制系統(tǒng)示例,15,7.6.2 免疫反饋控制器的設(shè)計(jì),基于免疫反饋規(guī)則的反饋控制器IMF方框圖,Kd(1-z-1),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,e(k),Ki/(z-1),Kp,受控對(duì)象,uPID(k),

9、,u(k),,Z-d,Z-1,f(·),η,,,,yd(k),y(k),+,-,,,,+,+,+,+,-,+,-,△u(k),7.6 免疫控制系統(tǒng)示例,16,IMF控制器的控制規(guī)律如下:IMF控制器的實(shí)質(zhì):自適應(yīng)PID控制器,,7.6.2 免疫反饋控制器的設(shè)計(jì),7.6 免疫控制系統(tǒng)示例,17,7.7 小結(jié),本章討論了幾種其它智能控制，包括近年來提出的新的智能控制進(jìn)化控制是另一種新型智能控制，它是建立在進(jìn)化計(jì)