沖突多目標相容優(yōu)化控制.pdf

1、實際控制系統(tǒng)絕大多數(shù)都是多目標問題，且這些目標往往是沖突的。當前沖突多目標控制問題主要通過加權(quán)法或轉(zhuǎn)約束法轉(zhuǎn)化為單目標問題或者采用經(jīng)驗性直接多目標方法來處理，因此不可避免帶來諸如加權(quán)法難以確定權(quán)重值、轉(zhuǎn)約束法難以確定約束的大小及經(jīng)驗性直接多目標方法不能體現(xiàn)最優(yōu)性等問題。因此，本質(zhì)上，為避免轉(zhuǎn)化為單目標處理帶來的問題，多目標問題還是需要采用多目標的方法來處理；為了避免經(jīng)驗性方法所不具備的最優(yōu)化性能，需要在控制器設(shè)計中采用帶有優(yōu)化的方法。為

2、此，基于本質(zhì)上并行優(yōu)化的多目標遺傳算法理論和Pareto占優(yōu)定義，本文提出了多目標相容優(yōu)化控制方法，并初步解決了這一方法中的一些基本問題。 多目標相容優(yōu)化控制方法由兩層框架組成，包括離線和在線兩部分。離線部分，獲得離線的Pareto最優(yōu)解集，提供整個控制問題目標的基本實現(xiàn)情況，并根據(jù)用戶需求初步選擇可以達到的目標。在線部分基于離線部分的解集進行在線控制，實現(xiàn)最能滿足用戶需求的目標。NSGA-II作為在Pareto最優(yōu)解集均勻分布

3、和收斂速度方面表現(xiàn)都較好的一類多目標遺傳算法，本文中被用來作為多目標優(yōu)化的工具。遺傳算法具有全局性尋優(yōu)的優(yōu)勢，然而其不足為計算速度需要滿足在線控制的要求。離線和在線結(jié)合控制算法結(jié)構(gòu)可以解決多目標優(yōu)化控制問題，然而要使其具有實用性，還需要解決諸如計算速度等問題。為此，本文研究工作如下： （1）提出了兩層架構(gòu)的相容控制算法，對兩層各自所需要承擔的任務(wù)進行了分析。特別是為增加控制器的魯棒性和易應(yīng)用性，對離線部分基于區(qū)域初始值的控制問題優(yōu)

4、化進行了研究，獲得了帶狀Pareto最優(yōu)前沿，為在線控制部分提供了較好的基礎(chǔ)。 （2）根據(jù)預(yù)測控制多步預(yù)測機理和相鄰步長之間的連續(xù)性，基于種群復(fù)用的在線迭代算法被提出。迭代算法有效提高了計算速度，同時提高了控制過程的穩(wěn)定性。 （3）基于多目標遺傳算法的非凸問題處理能力，提供了一類典型非凸控制問題實例，并通過比較說明了多目標相容優(yōu)化控制算法相比加權(quán)法的有效性。非凸作為一種重要現(xiàn)象，如果能夠預(yù)先判斷，那將對避免其帶來的問題非常有

5、幫助?；趯Ψ峭箍刂茊栴}的分析，提出了判斷控制問題非凸的經(jīng)驗性條件。 （4）選擇策略作為兩層控制流程中的關(guān)鍵部分，對控制效果起到導(dǎo)向作用。針對穩(wěn)定性需求，對選擇策略進行了設(shè)計，所完成的任務(wù)是判斷系統(tǒng)是否處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并從Pareto振蕩區(qū)域調(diào)整到附近的穩(wěn)定區(qū)域。為降低計算的復(fù)雜性，選擇策略設(shè)計中還提出了自適應(yīng)種群規(guī)模調(diào)整算法，在保證控制效果的同時，降低了計算量，提高了算法的實用性。 （5）為了說明多目標相容優(yōu)化控制理論對實