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鲁棒控制系统的GA和H~∞混合优化设计

郑紫微  
【摘要】: 本文针对鲁棒控制系统的特点,给出一种遗传算法和H~∞混合优化的鲁棒控制系统设计方法。采用该方法进行鲁棒控制系统设计,利用了H~∞优化设计方法能够保证所设计的控制系统具有强的鲁棒性的优点和遗传算法可以较为有效地求解困难的组合优化问题和复杂的函数优化问题的优点。通常的LQG反馈系统设计方法不适用于模型不确定性的控制系统设计,并且传统的H~∞优化设计方法设计控制器通常都是针对频域设计指标的;针对该情况,本文将鲁棒控制系统的频域和时域设计指标要求转化为遗传算法优化过程中的约束条件,使得所设计的鲁棒控制系统可以同时满足频域和时域的设计指标要求。同时,本文总结得出一种以变应变的遗传算法优化策略,该策略使得遗传算法具有好的优化效果。本文还给出了一种模糊遗传算法的设计思想及其算法结构。 本文首先概述了鲁棒控制系统的特点及其设计要求。接着,本文对当前非常流行的鲁棒控制系统优化设计方法——H~∞优化设计方法进行了论述,重点论述了与本文给出的设计方法有关的基于互质因子分解的H~∞环路成形优化设计方法。针对H~∞环路成形优化设计方法成形权函数选择的困难性,本文采用了遗传算法,借助计算机编程,对成形权函数进行优化求解。本文对遗传算法的理论和方法作了较深入的分析和论述,总结得出了一种以变应变的遗传算法优化策略,给出了遗传算法和H~∞混合优化设计方法的一般步骤。针对MIMO鲁棒控制系统设计的不确定性和复杂性,给出了一种模糊遗传算法的设计思想及其算法结构。最后,给出了遗传算法和H~∞混合优化设计方法的设计示例及其仿真研究结果,表明了所给出设计方法和设计策略的有效性。 本文所给出的遗传算法和H~∞混合优化设计的设计思想、以变应变的遗传算法优化策略以及模糊遗传算法的设计思想及其算法结构对于其他系统的设计亦具有参考价值。


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