基于免疫原理的控制器研究与设计

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人工免疫系统是目前新兴的一种智能方法,它是以生物免疫系统的功能、特点和作用机理为基础而设计出的计算模型。它具有很强的学习、识别、记忆和特征提取的能力,能够解决传统计算方法难于解决的许多复杂问题,因而近年来成为研究的热点,并在诸多领域中得到了广泛的应用。本文主要研究免疫思想在自动控制领域的应用。以已经存在的各种免疫网络模型为基础,建立起相应的免疫控制器模块,并选用电机调速系统作为主要控制对象,在Matlab中进行仿真分析。本文将其它的智能控制方法引入到免疫控制器的参数优化中来,实现各种智能控制方法之间的优势互补,改进了控制效果。归纳起来,本文的研究内容及成果主要体现在以下三个方面:首先,介绍了人工免疫系统的历史及研究现状,对论文用到的一些生物免疫系统概念进行了解释,着重论述了人工免疫系统的机理研究和应用研究。其次,分析了免疫调节控制、双因子免疫控制、Varela免疫控制等网络模型,根据其动态方程建立起相应的控制器结构。通过仿真研究,验证各免疫控制器的控制效果,分析各个参数的作用。并选用其中的一种免疫控制器与传统的PID控制器在动态响应、鲁棒性以及抗时延方面进行了对比。仿真结果表明,该免疫控制器相比PID控制器有着自身的优势。最后,在对典型免疫控制方法研究的基础上,对其不足进行了改进。首先引入希尔函数来模拟免疫促进细胞与抗原之间的非线性关系,取代之前所采用的线性关系;之后提出了免疫调节控制与积分环节加权输出的方法以避免超调;最后使用模糊控制方法来逼近免疫调节控制器中的非线性函数,取代固定形式的函数,建立起模糊免疫控制器。仿真结果表明:该模糊免疫控制器能够取得比免疫控制器和模糊控制器更好的动态控制效果,并且在鲁棒性、抗干扰能力方面都更胜一筹。
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