沖突多目標(biāo)相容優(yōu)化控制.pdf

1、實(shí)際控制系統(tǒng)絕大多數(shù)都是多目標(biāo)問(wèn)題，且這些目標(biāo)往往是沖突的。當(dāng)前沖突多目標(biāo)控制問(wèn)題主要通過(guò)加權(quán)法或轉(zhuǎn)約束法轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問(wèn)題或者采用經(jīng)驗(yàn)性直接多目標(biāo)方法來(lái)處理，因此不可避免帶來(lái)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(yàn)性直接多目標(biāo)方法不能體現(xiàn)最優(yōu)性等問(wèn)題。因此，本質(zhì)上，為避免轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)處理帶來(lái)的問(wèn)題，多目標(biāo)問(wèn)題還是需要采用多目標(biāo)的方法來(lái)處理；為了避免經(jīng)驗(yàn)性方法所不具備的最優(yōu)化性能，需要在控制器設(shè)計(jì)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(biāo)遺傳算法理論和Pareto占優(yōu)定義，本文提出了多目標(biāo)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(wèn)題。 多目標(biāo)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(gè)控制問(wèn)題目標(biāo)的基本實(shí)現(xiàn)情況，并根據(jù)用戶(hù)需求初步選擇可以達(dá)到的目標(biāo)。在線部分基于離線部分的解集進(jìn)行在線控制，實(shí)現(xiàn)最能滿(mǎn)足用戶(hù)需求的目標(biāo)。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(lèi)多目標(biāo)遺傳算法，本文中被用來(lái)作為多目標(biāo)優(yōu)化的工具。遺傳算法具有全局性尋優(yōu)的優(yōu)勢(shì)，然而其不足為計(jì)算速度需要滿(mǎn)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(biāo)優(yōu)化控制問(wèn)題，然而要使其具有實(shí)用性，還需要解決諸如計(jì)算速度等問(wèn)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(duì)兩層各自所需要承擔(dān)的任務(wù)進(jìn)行了分析。特別是為增加控制器的魯棒性和易應(yīng)用性，對(duì)離線部分基于區(qū)域初始值的控制問(wèn)題優(yōu)

4、化進(jìn)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(cè)控制多步預(yù)測(cè)機(jī)理和相鄰步長(zhǎng)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(jì)算速度，同時(shí)提高了控制過(guò)程的穩(wěn)定性。 （3）基于多目標(biāo)遺傳算法的非凸問(wèn)題處理能力，提供了一類(lèi)典型非凸控制問(wèn)題實(shí)例，并通過(guò)比較說(shuō)明了多目標(biāo)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(duì)避免其帶來(lái)的問(wèn)題非常有

5、幫助?；趯?duì)非凸控制問(wèn)題的分析，提出了判斷控制問(wèn)題非凸的經(jīng)驗(yàn)性條件。 （4）選擇策略作為兩層控制流程中的關(guān)鍵部分，對(duì)控制效果起到導(dǎo)向作用。針對(duì)穩(wěn)定性需求，對(duì)選擇策略進(jìn)行了設(shè)計(jì)，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(jì)算的復(fù)雜性，選擇策略設(shè)計(jì)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(shí)，降低了計(jì)算量，提高了算法的實(shí)用性。 （5）為了說(shuō)明多目標(biāo)相容優(yōu)化控制理論對(duì)實(shí)