混合pso算法在非线性控制系统和电路参数优化中的应用分析

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1、原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。储繇毕掣关于学位论文使用授权说明本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文：学校可根据国家或湖南省有关部门规定送

2、交学位论文。作者虢惮导师签名鼙举唧号址月卫日中南大学硕士学位论文第一章绪论1．1选题背景第一章绪论电路与系统的多参数组合优化设计是利用最优化理论【1．3】和方法以计算机为手段对电路与系统进行综合设计[4-7／，以达到缩短设计周期，提高设计质量，获得最佳效益的目的。在非线性电路中，存在着各种非线性元器件，尤其是各种电子器件，就其本质而言都是非线性的。而非线性电路分析和设计所得的可信程度，与非线性器件模型的优劣密切相关【ll。目前对于非线性电路的优化设计，传统解法是基于共轭梯度法或最速下降法，再结合伴随网络法的[51，这类方法的不足之处【s】在于：

3、(1)只能求出初值附近的局部最优点；(2)收敛性难以预计；(3)需要计算目标函数的梯度，即：，函数必须可导，当函数很复杂或函数的导数性态很差甚至存在不可导的区域时，该方法很难实施．并且电路中匪数关系复杂，有指数项，导致变化较大，不利于导数计算。在数字电路中，数字信号处理理论和算法被广泛的应用，而数字滤波在其中占有极其重要的位置四．数字滤波是语音和图象处理、模式识别、谱分析等应用中的～个基本处理算法。数字滤波器和模拟滤波器相比，因为信号的形式和实现滤波的方法不同，数字滤波器具有比模拟滤波器精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活、不要求阻抗匹配等优点，

4、容易实现不同的幅度和相位频率特性指标．一般用两种方法来实现数字滤波器：一是采用通用计算机，把滤波器所要求完成的运算编成程序通过计算机来执行，也就是采用计算机软件实现；二是设计专用的数字处理硬件。采用软件实现的方法相对于采用硬件完成的方法来说不用搭建复杂的电路，减少了电路之间干扰的因素，因此软件的方法可靠性较高．PID控制系统的实际控制过程往往是非线性的、时变的、难以建立精确的数学模型【聃ll】，它是生产过程自动控制发展历程中历史最久的、生命力最强的一种控制方式，是最早发展起来的控制策略之一．尽管现代控制理论在许多控制应用中获得大量成功的范例，然

5、而在工业过程控制中，PID类型的控制技术仍占有主导地位【121。由于其算法简单，鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，但应用常规的PID控制器不能达到理想效果．在实际生产现场中，由于受到PID参数整定方法繁杂的困扰，常规PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳，对运行工况的适应性较差，随着现代工业控制过程和环境的日益复杂化，对PID控制器品质和参数整定的自动化程度【12-IS]提出更高的要求。中南大学硕士学位论文第一章绪论近年来，组合优化算法比如遗传算法、蚁群算法等，被广泛的应用于生产和生活的各个方面，也包括智能PlD控制[14,19-2

6、9]、非线性方程的求解【舡蚓、函数优化【35】与大规模集成电路的参数提取和优化【36。删等都得到了比较好的应用，并取得良好的效果。这也为组合优化算法在传统领域中取代传统解法带来可能性。利用最优化方法进行多参数组合设计阳1州是近年来被广泛提倡和应用的，针对越来越复杂的器件、电路以及控制系统模型，人们提出了各种各样基于人工智能的、群体性的或改进经典传统算法的先进的最优化理论和实现，但在多数情况下，都要求对优化对象有全面的先验知识，或要求参数优化的搜索空间连续可微，其应用受到了一定程度的限制1411。针对这些问题，人们一直在寻求简单、有效的、更广泛适

7、用领域、能尽量避免陷入局部最优的最优化方法。1．2国内研究现状1．2．1组合优化算法在电路及半导体器件参数优化中的应用非线性电路参数的提取和优化IS,9]是电路分析和设计的基础．目前常见的电路参数计算方法较多，实践证明，这些常见的电路参数求解方法一般只适用于简单电路的分析，并不能完全解决非线性复杂电路中参数计算的问题．在对含有非线性元件的复杂电路分析研究中，因所列分析方程是非线性代数方程，解析解一般很难求出，大多用一些近似方法进行求解，常用的有图解法【42】和迭代法[61．对于图解法等近似方法，其计算过程十分繁琐，计算精度又低，在电路较为复杂或

8、其参数关系方程非线性较强时。根本无法计算电路相应的参数．随着计算机和程序方法的发展，可以采用有效的最优化计算方法来实现非线性电路的分析计算j如迭代方法