智能控制导论教学课件蔡自兴IC_Ch7.ppt

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1、智能控制导论国家精品课程配套教材蔡自兴1智能控制教学课件第7章进化控制与免疫控制7.1遗传算法简介7.2进化控制基本原理7.3进化控制系统示例7.4免疫算法和人工免疫系统原理7.5免疫控制的系统结构7.6免疫控制系统示例7.7小结智能系统与智能软件研究所27.1遗传算法简介7.1.1遗传算法的基本原理简单遗传算法霍兰德(Holland)于1975年首次提出遗传算法编码与解码二进制解码公式浮点数编码、格雷码、符号编码、多参数编码适应度函数遗传操作选择（复制）、交叉、变异37.1.2遗传算法的求解步骤遗传算法的特点对参数集合编码从问题解的编码组开始利用目标函数的适

2、应度利用选择、交叉、变异等算子遗传算法的框图简单遗传算法7.1遗传算法简介终止条件开始初始化种群计算适应度值计算适应度值计算适应度值计算适应度值适应度值最优个体结束47.2进化控制基本原理7.2.1进化控制原理与系统结构进化控制及基本思想进化机制与反馈控制机制的结合进化控制系统的基本结构参考模型控制器受控对象GA算法进化控制器+-系统系统状态系统模型控制器控制输入+-+-(a)(b)57.2.1进化控制原理与系统结构进化控制系统的结构和形式化描述Ta转换人机接口适应度函数问题解空间表示进化操作广义被控对象进化控制器性能评价UYU7.2进化控制基本原理67.3进

3、化控制系统示例7.3.1进化控制系统的体系结构进化控制系统的体系结构人机接口知识库经验库地图构造器进化规划器目标驱动行为反射式行为环境性能判断感知协调组合动作行为控制模块任务任务描述状态协调控制进化规划模块77.3.2进化规划器的结构与算法进化规划器的结构与算法运动规划算法7.3进化控制系统示例离线进化算法先验知识在线进化算法感知信息路径选择运动规划器行为驱动目标行为协调控制传感数据基本地图协调策略任务驱动路径úûùêëé+++=úûùêëé)sin(coseeyrrexerKYKvwKvwvqqqq87.4免疫算法及人工免疫系统原理7.4.1免疫算法的提出和

4、定义免疫算法的提出人工免疫系统是由免疫学理论和观察到的免疫功能、原理和模型启发而产生的适应性系统免疫算法是基于自然免疫学说，可以创建一定的算法来模拟免疫机制免疫算法的关键在于系统对受侵害部分的屏蔽、保护和学习控制免疫算法的有关定义免疫算法人工免疫系统免疫系统的鲁棒性抗原、疫苗、抗体97.4.2免疫算法的步骤及框图目前免疫算法还没有统一的框架,下面介绍一种含有免疫算子的免疫算法.免疫算法的实际操作过程(1)具体分析待求解的问题,提取最基本的特征信息.(2)处理该特征信息,并把它转化为一种问题求解方案.(3)以适当形式把此方案转化为免疫算子以实施具体操作及具体的框

5、图如图9所示7.4免疫算法及人工免疫系统原理10结束初始化疫苗的提取交叉与变异是最佳个体?疫苗接种免疫选择群体更新免疫算子7.4.2免疫算法的步骤及框图7.4免疫算法及人工免疫系统原理117.5免疫控制的系统结构AISIMCIDSBINICTIMCAISICTBINIDS7.5.1免疫控制的四元结构图7.12免疫控制的四元结构127.5.2免疫系统的一般结构免疫控制系统的一般结构7.5免疫控制系统的结构中间层智能模块控制模块计算模块执行模块监控模块顶层底层137.6.1免疫反馈规则免疫反馈规则其中K=K1和η0=K1/K2,参数K控制响应速度,参数控制稳定作用

6、7.6免疫控制系统示例147.6.2免疫反馈控制器的设计基于免疫反馈规则的反馈控制器IMF方框图Kd(1-z-1)e(k)Ki/(z-1)Kp受控对象uPID(k)u(k)Z-dZ-1f(·)ηyd(k)y(k)+-++++-+-△u(k)7.6免疫控制系统示例15IMF控制器的控制规律如下:IMF控制器的实质:自适应PID控制器7.6.2免疫反馈控制器的设计7.6免疫控制系统示例167.7小结本章讨论了几种其它智能控制，包括近年来提出的新的智能控制进化控制是另一种新型智能控制，它是建立在进化计算和反馈机制的基础上的免疫控制是建立在生物免疫机制的基础上的,还有

7、待继续研究第7章进化控制与免疫控制17