基于混沌优化的混合优化算法-研究

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1、硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1．1课题的背景和研究意义在工业过程控制的发展史上，PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单直观、鲁棒性好和可靠性强，被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。尽管PID控制器的参数整定是一个十分繁琐费时的工作，然而绝大多数基于现代控制理论设计的控制器或智能控制器的可调参数远多于三个参数，实际应用表明，人凭经验手动整定三个以上的控制参数是很困难的，因此，PID控制参数整定具有重要的实际意义。长期以来，许多学者一直在寻求PID控制器参数

2、的自动整定技术，以适应复杂的工况和高指标的控制要求，使得PID控制参数整定方法和技术也不断地得到发展“1。特别是近年来，国际控制领域对PID控制的参数整定方法的研究仍在继续，许多重要的国际杂志不断发表新的研究成果。如Automaticao“，IEEEInternationalSymposiuII】OnIntelligentControl”’“，Contr01EngineeringPractice【8)。1．2控制领域中的优化问题在1868年至今的短短一百多年中。自动控制技术和自动控制理论是人们在与自然界的斗争

3、中，在生产实践和科学实验活动中产生并不断地发展、完善。从经典控制理论的形成到60年代傅京孙91提出的智能控制理论，自动控制理论无论在深度和广度上都得到了令人吃惊的进步，对人类社会产生了巨大的影响。从瓦特时代的蒸汽机、阿波罗登月到海湾战争、无处不显示了控制技术的威力。在哲学领域，反馈理论的建立与成功应用，也使“因果关系”进一步发展为“因果一因果关系”，反馈的概念受到了人民的重视。然而，控制理论的形成又进一步影响和推动了自动控制技术的发展，在解决实际的控制工程问题过程中发挥了重要的作用。在控制系统设计中，许多控制

4、问题可以包括在优化的框架内，许多实际的控制问题可以归结为优化问题，通常这种优化问题需要在多维空间同时确定若干个参数，由于实际问题往往带有严格的约束条件和非线性特性，同时性能指标函数可能既不连续又不可微，因此优化问题一直都受到理论界和工程界的重视。硕士学位论文第一章绪论目前控制工程师们面临着越来越严峻的挑战：选择适合的控制器结构然后优化其参数以满足特定实际应用的性能要求。实际上，控制系统的建模和设计都是在具有干扰误差的多维优化任务，传统的解析和数值方法需要的目标函数的优良特性已经不再存在，使得传统的优化方法都不

5、能轻易或准确地进行这一多维优化任务，这就要求控制工程师们研究出新的控制优化算法来解决这实际应用中的难题。1．3控制领域中的优化算法及应用现状随着工业自动化的不断进步，优化算法在理论和实践两方面都得到了充分的发展，这不仅给优化控制带来了十分宽阔的前景，同时也对优化控制的理论和实践提出了挑战。在理论方面，随着混沌优化、遗传算法、神经网络优化、模糊控制、递阶稳态控制等一系列优化控制理论的研究和发展，优化控制已经逐渐成为了控制理论中重要的内容。然而，根据优化控制目前的研究和应用现状，优化算法也存在某些方面的缺陷。目前

6、需要研究解决的两个主要的问题是优化算法的鲁棒性问题和优化算法的简化与实用性问题。有些算法针对某～类或几类工程问题的应用，算法有很好的收敛性，能很快收敛到最优效果。但是对于另外的某些实践工程，这类算法表现出很差的优化效果，要不就是收敛性差，收敛速度慢；要不就是很容易陷入局部最小，难以达到最优状况，甚至还会约束实际控制系统中优化参数的收敛。还有就是优化算法过程过于复杂，在计算机上难以编程，或算法在运行过程本身耗时过长，在实际工程控制中难以发挥优化的作用。所以关于优化算法的改进将是今后研究的主要方向之一。在应用方面

7、，优化控制已经在很多控制领域中发挥了重要的作用。许多优化算法在控制器设计、机械设备参数的选择以及工程中参数的调节等方面取得显著的成效，但是优化控制有一个十分显著的缺点就是：优化控制理论与实践是不同步发展的。虽然许多优化算法已经在控制工程中的应用不断深入，但优化算法的应用程度与优化算法已形成的理论成熟程度相比，还有一段很大的距离，许多优化算法在理论上已经很成熟完善了，其对某些控制对象进行仿真研究得出的优化效果也十分的完美，但是这些优化算法还远没有应用到实际控制工程的迹象。因此，目前研究人员面对一个重要的问题：如

8、何把在理论上已经成熟的优化算法应用到实际的控制工程中，发挥优化算法的优化效果。目前，很多需要优化控制去解决的实际应用领域还待开发，还有很多领域在应用优化硕士学位论文第一章绪论控制解决问题方面刚刚起步，需要去进一步拓宽利用，如简单实用的优化集成芯片及优化控制器的开发和推广利用、智能最优化方法、最优模糊控制器设计的研究等。由于很多实际的控制工程都可归结为优化问题，而实际的控制工程问题一般都存在非线性、强