智能控制

1、1,智能控制導論,國家精品課程配套教材蔡自興,2,智能控制教學課件,第7章 進化控制與免疫控制7.1 遺傳算法簡介7.2 進化控制基本原理7.3 進化控制系統(tǒng)示例7.4 免疫算法和人工免疫系統(tǒng)原理7.5 免疫控制的系統(tǒng)結構7.6 免疫控制系統(tǒng)示例7.7 小結,智能系統(tǒng)與智能軟件研究所,3,7.1 遺傳算法簡介,7.1.1 遺傳算法的基本原理簡單遺傳算法霍蘭德(Holland)于1975年首次提出遺

2、傳算法編碼與解碼二進制解碼公式浮點數(shù)編碼、格雷碼、符號編碼、多參數(shù)編碼適應度函數(shù)遺傳操作選擇（復制）、交叉、變異,4,7.1.2 遺傳算法的求解步驟,遺傳算法的特點對參數(shù)集合編碼從問題解的編碼組開始利用目標函數(shù)的適應度利用選擇、交叉、變異等算子遺傳算法的框圖簡單遺傳算法,7.1 遺傳算法簡介,終止條件,開始,初始化種群,計算適應度值,計算適應度值,計算適應度值,計算適應度值,適應度值最優(yōu)個體,結束,,

3、,,,,,,,,,,5,7.2 進化控制基本原理,7.2.1 進化控制原理與系統(tǒng)結構進化控制及基本思想進化機制與反饋控制機制的結合進化控制系統(tǒng)的基本結構,,,系統(tǒng),,系統(tǒng)狀態(tài),,系統(tǒng)模型,控制器,,,,,,,,,,,,,,,控制輸入,+,-,+,-,(a),(b),6,7.2.1 進化控制原理與系統(tǒng)結構,進化控制系統(tǒng)的結構和形式化描述,Ta,轉換,人機接口,適應度函數(shù),問題解空間表示,進化操作,廣義被控對象,進化控制器,性能

4、評價,,,,,,,,,,,,,,,,,U,YU,,7.2 進化控制基本原理,7,7.3 進化控制系統(tǒng)示例,7.3.1 進化控制系統(tǒng)的體系結構進化控制系統(tǒng)的體系結構,人機接口,知識庫,經(jīng)驗庫,地圖構造器,進化規(guī)劃器,目標驅動行為,反射式行為,環(huán)境,性能判斷,感知,協(xié)調組合,動作,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,行為控制模塊,,任務,任務描述,狀態(tài),協(xié)調控制,進化規(guī)劃模塊,8,7.3.2

5、 進化規(guī)劃器的結構與算法,進化規(guī)劃器的結構與算法運動規(guī)劃算法,7.3 進化控制系統(tǒng)示例,離線進化算法,先驗知識,在線進化算法,感知信息,路徑選擇,運動規(guī)劃器,行為驅動,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,目標行為,協(xié)調控制,傳感數(shù)據(jù),基本地圖,協(xié)調策略,任務,驅動,路徑,9,7.4 免疫算法及人工免疫系統(tǒng)原理,7.4.1 免疫算法的提出和定義免疫算法的提出人工免疫系統(tǒng)是由免疫學理論和觀察到的免疫

6、功能、原理和模型啟發(fā)而產生的適應性系統(tǒng)免疫算法是基于自然免疫學說，可以創(chuàng)建一定的算法來模擬免疫機制免疫算法的關鍵在于系統(tǒng)對受侵害部分的屏蔽、保護和學習控制免疫算法的有關定義免疫算法人工免疫系統(tǒng)免疫系統(tǒng)的魯棒性抗原、疫苗、抗體,10,7.4.2 免疫算法的步驟及框圖,目前免疫算法還沒有統(tǒng)一的框架,下面介紹一種含有免疫算子的免疫算法.免疫算法的實際操作過程(1) 具體分析待求解的問題,提取最基本的特征信息.(2)處理該特

7、征信息,并把它轉化為一種問題求解方案.(3)以適當形式把此方案轉化為免疫算子以實施具體操作及具體的框圖如圖9所示,7.4 免疫算法及人工免疫系統(tǒng)原理,11,,,,結束,7.4.2 免疫算法的步驟及框圖,7.4 免疫算法及人工免疫系統(tǒng)原理,12,7.5 免疫控制的系統(tǒng)結構,,7.5.1 免疫控制的四元結構 圖 7.12 免疫控制的四元結構,13,7.5.2 免

8、疫系統(tǒng)的一般結構,免疫控制系統(tǒng)的一般結構,7.5 免疫控制系統(tǒng)的結構,14,7.6.1 免疫反饋規(guī)則免疫反饋規(guī)則其中K=K1和η0=K1/K2,參數(shù)K控制響應速度,參數(shù)控制穩(wěn)定作用,7.6 免疫控制系統(tǒng)示例,15,7.6.2 免疫反饋控制器的設計,基于免疫反饋規(guī)則的反饋控制器IMF方框圖,Kd(1-z-1),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,e(k),Ki/(z-1),Kp,受控對象,uPID(k),

9、,u(k),,Z-d,Z-1,f(·),η,,,,yd(k),y(k),+,-,,,,+,+,+,+,-,+,-,△u(k),7.6 免疫控制系統(tǒng)示例,16,IMF控制器的控制規(guī)律如下:IMF控制器的實質:自適應PID控制器,,7.6.2 免疫反饋控制器的設計,7.6 免疫控制系統(tǒng)示例,17,7.7 小結,本章討論了幾種其它智能控制，包括近年來提出的新的智能控制進化控制是另一種新型智能控制，它是建立在進化計