混沌优化技术及其在模糊控制系统中的应用研究

【摘要】：混沌现象在自然界中普遍存在,它揭示了非线性科学的共同特性:确定性和随机性的统一,有序性和无序性的统一,它具有遍历性、随机性和规律性等特点,能在定义域内按自身的规律不重复地遍历所有状态。近年来,随着混沌理论研究的不断深入,作为非线性研究的核心内容,混沌的应用已成为了国内外关注的学术热点和前沿课题,并在混沌理论探索和混沌应用等方面取得了可喜的成果,混沌优化也成为了当前混沌学研究领域的一个重要课题。随着生产过程自动化水平的提高和优化方法在控制领域应用中的深入,人们对提高生产效率、提高产品质量和降低生产成本提出了越来越高的要求,许多实际的控制问题归结为控制器参数的优化问题。同时,随着工业过程复杂程度的提高,很多控制过程都存在着非线性、强约束、随机性、大规模等特性,内在机理十分复杂,建立精确的数学模型十分困难。而有些传统的优化方法中,如果初始值选择不好,就会容易陷入局部极小和优化时间较长,使优化效果达不到实际系统的要求。 混沌优化是一种利用混沌变量搜索的有效方法,在搜索中,利用混沌运动的随机性和遍历性特点,可以在定义域内连续搜索,而且不会陷入局部极小。因此,比起随机搜索方法而言,混沌搜索对优化问题有着更高的效率,能够快速地搜索到全局最优解。本论文对混沌理论及混沌优化方法作了较为全面、系统的研究,提出了新的混沌优化方法,并对模糊控制系统的混沌优化方法做了创新性研究工作,最后,设计了一个基于混沌优化的海底作业车智能控制系统。 本论文主要通过六章的篇幅展开了以下几个方面的研究工作: 第一章讨论了控制系统中的优化方法、优化理论及优化问题,分别讨论了基于导数的优化方法和智能优化方法的特点,详细介绍了国内外混沌优化的现状。 第二章简要介绍了混沌的发展史、混沌的几种定义和基本概念,分析和讨论了Logistic映射的Lyapunov指数特征,用图形形象地描述了Logistic映射在参数μ发生改变时,系统运动出现倍周期分岔最终进入混沌的现象。并对混沌动力学系统作了理论分析,从混沌动力学系统的定义和定理出发,讨论了Logistic映射的演化规律,提出了混沌理论的一些定义与定理并做出了证明,对Logistic映射产生的混