基于膜計算優(yōu)化算法的控制器研究與設(shè)計.pdf

1、膜計算又稱P系統(tǒng)，其本質(zhì)是從活細胞以及由細胞組成的組織或器官的功能和結(jié)構(gòu)中抽象出模型或計算思想，是一種具有層次結(jié)構(gòu)的分布式、并行計算模型。膜計算(P系統(tǒng))不是對生物膜功能的簡單模擬，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)，表示對象的多重集和進化規(guī)則集。
　　 膜優(yōu)化算法是一種模擬生物細胞內(nèi)部進化機制的優(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)，其特點在于靈

2、活多變的膜結(jié)構(gòu)和強大的包容性，可以融合其他算法的優(yōu)點來解決實際問題。本文基于現(xiàn)有國內(nèi)外膜計算及膜優(yōu)化算法的研究成果，對粒子群優(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，提出其改進算法并應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的控制中，以此拓展膜計算的應(yīng)用領(lǐng)域。本文的主要研究內(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)過程中4個典型的SISO對象為背景進行對比仿真實驗，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PSOPS算法中的粒子在搜尋過程中容易表現(xiàn)出“聚集現(xiàn)象”而陷入局部最小值，提出其改進算法，即基于變異PSO的膜優(yōu)化算法(MPSO-MC)，以弱化粒子在運行過程中的強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

4、算中的單層膜結(jié)構(gòu)和交流規(guī)則，以及PSO算法中的進化規(guī)則等。選取10個搜索空間大、局部極小點多、欺騙性強的Benchmark函數(shù)進行仿真(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)果與標準粒子群算法(PSO)和基于膜計算的粒子群算法(PSOPS)的優(yōu)化結(jié)果作對比，顯示了該算法的有效性。
　　 (3)將MPSO-MC算法用于控制非線性強耦合MIMO系統(tǒng)并設(shè)計PIDNN控制器，最后將控制