基于混沌和粒子群優(yōu)化的非線性建模與控制研究.pdf

1、隨著生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平的提高和優(yōu)化方法在控制領(lǐng)域應(yīng)用中的深入，人們對(duì)提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本提出了越來(lái)越高的要求，許多實(shí)際的控制問(wèn)題歸結(jié)為控制器參數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題。同時(shí)，隨著工業(yè)過(guò)程復(fù)雜程度的提高，很多控制過(guò)程都存在著非線性、強(qiáng)約束、隨機(jī)性、大規(guī)模等特性，內(nèi)在機(jī)理十分復(fù)雜，建立精確的數(shù)學(xué)模型十分困難。而有些傳統(tǒng)的優(yōu)化方法中，如果初始值選擇不好，就會(huì)容易陷入局部極小和優(yōu)化時(shí)間較長(zhǎng)，使優(yōu)化效果達(dá)不到實(shí)際系統(tǒng)的要求。 混沌

2、優(yōu)化和粒子群優(yōu)化都是新穎的智能優(yōu)化方法，目前已經(jīng)得到不同領(lǐng)域研究者的注意，其理論和應(yīng)用方面的研究都已經(jīng)取得了初步成果。本文主要從混沌優(yōu)化和粒子群優(yōu)化分別引入到廣義預(yù)測(cè)控制和非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制、以及預(yù)測(cè)PID控制器的整定方面進(jìn)行了研究，做了一些創(chuàng)新研究工作。 本論文開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的主要研究工作： 1．提出了基于混沌優(yōu)化的有約束廣義預(yù)測(cè)控制器，仿真研究表明混沌優(yōu)化方法能夠有效地處理預(yù)測(cè)控制中的約束和非線性優(yōu)化問(wèn)題，且

3、計(jì)算時(shí)間短，具有一定的實(shí)用價(jià)值。 2．提出了基于Logistic映射的混沌優(yōu)化算法(LCOA)和基于Tent映射的混沌優(yōu)化算法(TCOA)的非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制器，這兩種控制器都避免了梯度算法易陷入局部極值和傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制中復(fù)雜繁瑣的梯度矩陣計(jì)算問(wèn)題，減少了計(jì)算量，提高了精確性。另外，TCOA混沌軌道點(diǎn)密度為均勻分布，迭代速度更快，仿真實(shí)例顯示TCOA具有更好的跟蹤性能和精度，也驗(yàn)證了Tent映射作為搜索策略的良好特性。

4、 3．針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)粒子群優(yōu)化算法(PSO)容易陷入局部極值、精度低等缺點(diǎn)，提出了一種基于Tent映射的新型混沌粒子群優(yōu)化算法(TCPSO)，基準(zhǔn)函數(shù)測(cè)試表明，在慣性權(quán)重固定為某個(gè)較小值時(shí)，TCPSO比PSO具有更高的搜索精度和魯棒性。將TCPSO算法應(yīng)用到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制中，得到了良好的控制跟蹤效果，也驗(yàn)證了Tent映射作為搜索策略的良好特性。 4．在預(yù)測(cè)PID控制器參數(shù)的整定方面,分別提出了一種基于Tent映

5、射混沌優(yōu)化的自適應(yīng)有約束預(yù)測(cè)PID控制器和一種基于粒子群優(yōu)化的自適應(yīng)有約束預(yù)測(cè)PID控制器。由于Tent映射混沌優(yōu)化和粒子群優(yōu)化對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化性能指標(biāo)是魯棒的，所以這兩種控制器可方便地?cái)U(kuò)展應(yīng)用于不同問(wèn)題。最后仿真研究說(shuō)明了自適應(yīng)有約束預(yù)測(cè)PID控制器的有效性。 5．關(guān)于混沌反同步問(wèn)題，提出了基于主動(dòng)控制方法實(shí)現(xiàn)不同混沌和超混沌的反同步，并利用Lyapunov穩(wěn)定性理論和Routh判據(jù)分析反同步誤差動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并指出如何