改進(jìn)型花朵授粉優(yōu)化算法原理及工程應(yīng)用研究.pdf

1、最優(yōu)化問題廣泛存在于各學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)，因此研究高效率的優(yōu)化方法具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。元啟發(fā)式算法是當(dāng)前優(yōu)化方法中的研究熱點(diǎn)?；ǘ涫诜鬯惴ㄊ且环N新型的、靈感來源于被子植物的授粉過程的群智能元啟發(fā)式算法。目前國內(nèi)外對(duì)該算法的關(guān)注和研究剛剛起步，相關(guān)研究成果較少且較分散、系統(tǒng)性不強(qiáng)。本文從工程實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，以簡單性原則為指導(dǎo)思想，圍繞著花朵授粉算法的性能改進(jìn)和工程應(yīng)用展開研究，以完善算法的理論體系和豐富算法的應(yīng)用范圍，具有較強(qiáng)的前瞻

2、性和重要的理論和實(shí)際意義。本文主要進(jìn)行了以下幾方面的工作:
　　基本花朵授粉算法在求解高維復(fù)雜優(yōu)化問題時(shí)容易陷入局部最優(yōu)。針對(duì)這一缺陷，本文基于正交試驗(yàn)法的思想，在花朵授粉算法中引入了量化正交交叉算子，設(shè)計(jì)了一種正交花朵授粉算法。在典型高維測(cè)試函數(shù)上的測(cè)試表明，同基本花朵授粉算法相比，正交花朵授粉算法在求解精度、收斂速度、穩(wěn)定性等方面獲得了一定的性能提升。
　　研究了基于花朵授粉算法和正交花朵授粉算法的普通PID控制器、串級(jí)

3、控制器、分?jǐn)?shù)階PID控制器的參數(shù)整定方法。提出了使用正交花朵授粉算法基于時(shí)域性能指標(biāo)整定PID控制器參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，在5種典型工業(yè)過程控制對(duì)象上驗(yàn)證了該方法的可行性、有效性和相比于傳統(tǒng)的Z-N整定法以及文獻(xiàn)中的改進(jìn)粒子群算法的優(yōu)越性。提出了利用正交花朵授粉算法基于時(shí)域性能指標(biāo)同時(shí)整定串級(jí)控制系統(tǒng)的內(nèi)外環(huán)控制器參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，并在3種具有不同特征的控制對(duì)象上，以最大超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差的加權(quán)和最小為設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明采用這一方法可得

4、到滿意的整定效果，且優(yōu)于文獻(xiàn)中采用遺傳算法所獲得的整定結(jié)果。提出了使用正交花朵授粉算法基于Bode理想傳函參考模型整定分?jǐn)?shù)階PID控制器參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。以Bode理想傳函模型為參考模型，以最小化實(shí)際系統(tǒng)與參考模型之間的輸出誤差為目標(biāo)，采用正交花朵授粉算法整定分?jǐn)?shù)階PID控制器的參數(shù)。以一個(gè)高階單位負(fù)反饋系統(tǒng)和電力系統(tǒng)中的自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)為例，驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。對(duì)比基于實(shí)數(shù)編碼的遺傳算法、人工蜂群算法、教與學(xué)算法、基本

5、花朵授粉算法等算法，正交花朵授粉算法獲得的整定結(jié)果更優(yōu)。
　　研究了基于花朵授粉算法的混沌系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)和太陽能光伏系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)方法。面向混沌系統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)問題，結(jié)合單純形法，提出了一種混合花朵授粉算法。該算法利用花朵授粉算法確定尋優(yōu)空間內(nèi)的優(yōu)解區(qū)域，采用單純形法強(qiáng)化對(duì)優(yōu)解區(qū)域的搜索。在不含觀測(cè)噪聲的Lorenz混沌系統(tǒng)和Rossler混沌系統(tǒng)以及含觀測(cè)噪聲的Lorenz混沌系統(tǒng)的三參數(shù)估計(jì)問題上，測(cè)試了該混合算法的可行性與有效性，

6、并與文獻(xiàn)中的其它幾種算法進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明該混合算法在結(jié)果精度、收斂速度、穩(wěn)定性等方法具有一定的優(yōu)勢(shì)。面向太陽能電池系統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)問題，提出了一種結(jié)合單純形法和一般反向?qū)W習(xí)策略的混合算法。該算法利用單純形法加強(qiáng)對(duì)優(yōu)解區(qū)域的搜索，并利用一般反向?qū)W習(xí)策略增強(qiáng)算法跳出局部最優(yōu)區(qū)域的能力。利用文獻(xiàn)中給出的太陽能電池及光伏組件的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的多晶硅光伏組件S75、薄膜光伏組件ST40、單晶硅光伏組件SM55等三種不同類型的光伏組

7、件在不同光照強(qiáng)度、不同溫度下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)該算法的性能進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果表明，采用該算法辨識(shí)得到的單二極管模型和雙二極管模型均具有較高的精度，且優(yōu)于文獻(xiàn)中的多種其它算法。
　　研究了基于花朵授粉算法的約束優(yōu)化方法。分別測(cè)試了結(jié)合Deb可行性比較法和ε約束法等兩種不同的約束處理策略的花朵授粉算法求解單目標(biāo)有約束優(yōu)化問題的性能。測(cè)試表明，這兩種算法的性能均不甚佳，且在與花朵授粉算法相結(jié)合時(shí)，Deb可行性比較法更適合于處理不含等式約束的約

8、束問題，而ε約束法更適合于處理含等式約束的約束問題。在此基礎(chǔ)上，將基于佳點(diǎn)集理論的種群初始化技術(shù)和一般反向?qū)W習(xí)技術(shù)引入花朵授粉算法中以增強(qiáng)算法的尋優(yōu)能力;將Deb可行性比較法和ε約束法統(tǒng)一結(jié)合，根據(jù)待求解問題是否包含等式約束條件在兩種約束處理策略中進(jìn)行選擇以提高算法對(duì)不同類型的優(yōu)化問題的適用性和靈活性，綜合這兩方面的改進(jìn)提出了一種性能更優(yōu)的混合花朵授粉算法。在典型約束優(yōu)化測(cè)試函數(shù)集、典型結(jié)構(gòu)優(yōu)化和多工序車削加工參數(shù)優(yōu)化問題等實(shí)際工程約束

9、優(yōu)化問題上檢驗(yàn)了算法的有效性和實(shí)用性，為單目標(biāo)有約束優(yōu)化問題的求解提供了一個(gè)良好的新選擇。
　　探討了基于花朵授粉算法的置換流水車間調(diào)度優(yōu)化方法。通過引入隨機(jī)鍵編碼技術(shù)、NEH啟發(fā)式算法和基于重插入操作的局部搜索策略，提出了一種可有效求解該問題的混合花朵授粉算法。算法中，隨機(jī)鍵編碼技術(shù)使算法在無需修改算子的情況下即可直接應(yīng)用于置換流水車間調(diào)度這一組合優(yōu)化問題的求解;NEH方法改善了初始種群的質(zhì)量;基于重插入操作的局部搜索策略增強(qiáng)了

10、算法的局部搜索能力。在Car測(cè)試集和Rec測(cè)試集以及一個(gè)連桿加工調(diào)度實(shí)例上對(duì)該混合算法的性能進(jìn)行了測(cè)試，并同其它算法進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，該混合花朵授粉算法是一種求解置換流水車間調(diào)度問題的有效方法，拓展了花朵授粉算法在組合優(yōu)化問題上的應(yīng)用范疇。
　　本文對(duì)花朵授粉算法的性能改進(jìn)和工程應(yīng)用進(jìn)行了積極的探索，在一定程度上完善了該算法的理論體系，提升了算法的性能，拓展了算法的應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)也豐富了若干工程實(shí)際問題的求解方法，具有較大的理