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《湖南大学》 2010年
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自然计算理论及其在系统辨识中的应用研究

谭建豪  
【摘要】: 自然界经过亿万年物竞天择、优胜劣汰的演化,形成了复杂多样的生命现象,其间蕴含着丰富的信息处理机制。自然计算的宗旨就是研究自然现象尤其是生命体的功能、特点和作用机理,建立相应的计算模型,服务于人类社会。 在系统辨识问题中,面对的是大量原始数据,需要从这些原始数据中提炼出相应的数学模型,在此基础上找出其中隐藏的规律。这些问题很难用传统的确定型模型来描述和基于精确的数学方法来求解。而描述成模糊优化问题往往更为合适。 模糊优化方法本质上是多目标优化问题,而遗传算法是解决多目标问题的一种有效方法。模糊优化特别是基于动态模型的模糊优化中的遗传算法有其特殊的本质,有必要加以深入研究。 本文在阐述自然计算理论与方法的基础上,研究了自然计算中两类典型的智能算法—模糊优化和遗传算法。针对系统辨识问题,采用模糊优化模型作为其目标函数,利用遗传算法实现该模糊优化问题的求解,并且对该算法的有效性、稳定性、快速性和高精度进行了理论论证和实例验证。 本文的主要研究内容如下。 (1)论述自然计算基本概念、基本特征及主要研究领域,研究由自然启发获得自然计算模型的映射方法并构造自然计算系统的计算算法。对协同进化计算进行自然计算理念求证。 (2)论述系统辨识基本概念,分析经典系统辨识方法和现代系统辨识方法。研究自然计算系统整体框架和自然计算系统中的辨识机制,构造辨识系统的两种典型框架:RFG框架和NFG框架。对这两种框架在来源、适用范围、结构辨识、参数辨识、意义等方面的特点进行分析。 (3)讨论模糊优化基本性质和传统模糊优化问题。研究回归方程和神经网络的结构辨识和参数辨识问题,构造回归方程和神经网络参数辨识的效用函数(目标函数)及用最大效用法进行参数辨识的模糊优化模型。 (4)对模糊优化问题的遗传算法求解进行深入探讨。构造遗传算法中基于正交设计的初始种群的产生办法、遗传参数适应性调整办法、沿加权梯度方向变异及其权值的自适应调整办法,提出遗传算法的改进策略。从理论上论证基于遗传算法的模糊优化求解的有效性。 (5)设计在线性能评估准则和离线性能评估准则,确定系统辨识的性能评估办法。对基于RFG框架的系统辨识问题进行描述,说明回归模型辨识算法的基本策略,构造该算法的主要步骤和方法,并用其求解飞边尺寸设计准则辨识问题;对基于NFG框架的系统辨识问题进行描述,说明神经网络模型辨识算法的基本策略,构造该算法的主要步骤和方法,并用其求解飞边金属消耗设计准则辨识问题。对这两种辨识算法分别进行分析比较。实验验证它们的有效性。 本文首次提出了基于RFG框架和NFG框架的系统辨识方法,理论论证和实验验证了它们的自组织能力、数据并行性、泛化能力、全局最优性和自适应能力,是对系统辨识新方法有益的探索,具有广阔的应用前景。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP18;N945.14

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【引证文献】
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1 陈垒;连续系统的传递函数模型辨识[D];江南大学;2012年
【参考文献】
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【共引文献】
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1 陆秀英;中国当代翻译文学系统中主体间关系的生态分析[D];上海外国语大学;2010年
2 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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4 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 张子迎;多机器人协作及环境建模技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 刘营;雷达图像编码器的并行处理研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 曹宇;利用遗传算法对声障板优化设计的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 陈得宇;基于MAS的智能电压控制系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 许爱德;开关磁阻电机在船舶电力推进中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
10 查云飞;类菱形车转向系统研究与分析[D];湖南大学;2010年
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1 高争;平煤十二矿突出案例专家咨询系统研究[D];河南理工大学;2010年
2 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 张可平;CO_2焊逆变电源的自适应模糊控制系统研究[D];南昌航空大学;2010年
4 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
5 柳枝华;微粒群优化算法的改进及应用[D];南昌航空大学;2010年
6 张静;协同产品开发过程规划方法研究[D];山东科技大学;2010年
7 蒲锰;非侵入式矿井提升机PLC电控系统实时故障诊断方法的研究[D];山东科技大学;2010年
8 纪二云;基于改进遗传算法的电力系统无功优化的研究[D];山东科技大学;2010年
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10 蔡浩;基于Web使用挖掘的协同过滤推荐算法研究[D];浙江理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 胡浩军,马佳光,王强,吴琼雁;快速控制反射镜系统中的传递函数辨识[J];光电工程;2005年07期
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3 戴运桃;赵希人;刘利强;;基于进化粒子群优化的非线性系统辨识[J];计算机仿真;2010年10期
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10 张勇;杨慧中;;有色噪声干扰输出误差系统的偏差补偿递推最小二乘辨识方法[J];自动化学报;2007年10期
【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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【相似文献】
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9 张颖;冯纯伯;;有色噪声下动态系统时变参数的无偏辨识[A];1994中国控制与决策学术年会论文集[C];1994年
10 许志强;冯恩民;刘恒魁;;潮流数值模拟的系统辨识算法与收敛性分析[A];2000中国控制与决策学术年会论文集[C];2000年
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1 许淑敏;电力负荷模型结构的研究[D];华北电力大学(北京);2006年
2 刘云霞;海洋环境下水下潜器运动系统辨识的研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
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5 刘伟奇;阀控非对称缸电液位置伺服系统控制的研究[D];北京交通大学;2009年
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8 王宗涛;微生物发酵动力系统的参数辨识与优化[D];大连理工大学;2004年
9 武俊丽;基于神经网络的控制器的研究[D];大连海事大学;2004年
10 张世刚;某武器系统的模糊神经网络控制[D];南京理工大学;2004年
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