1,智能控制导论,国家精品课程配套教材 蔡自兴,2,智能控制教学课件,第7章 进化控制与免疫控制 7.1 遗传算法简介 7.2 进化控制基本原理 7.3 进化控制系统示例 7.4 免疫算法和人工免疫系统原理 7.5 免疫控制的系统结构 7.6 免疫控制系统示例 7.7 小结,智能系统与智能软件研究所,3,7.1 遗传算法简介,7.1.1 遗传算法的基本原理 简单遗传算法 霍兰德(Holland)于1975年首次提出遗传算法 编码与解码 二进制解码公式 浮点数编码、格雷码、符号编码、多参数编码 适应度函数 遗传操作 选择（复制）、交叉、变异,4,7.1.2 遗传算法的求解步骤,遗传算法的特点 对参数集合编码 从问题解的编码组开始 利用目标函数的适应度 利用选择、交叉、变异等算子 遗传算法的框图 简单遗传算法,7.1 遗传算法简介,终止条件,开始,初始化种群,计算适应度值,计算适应度值,计算适应度值,计算适应度值,适应度值最优个体,结束,6,7.2.1 进化控制原理与系统结构,进化控制系统的结构和形式化描述,Ta,转换,人机接口,适应度函数,问题解空间表示,进化操作,广义被控对象,进化控制器,性能评价,U,YU,7.2 进化控制基本原理,7,7.3 进化控制系统示例,7.3.1 进化控制系统的体系结构 进化控制系统的体系结构,人机接口,知识库,经验库,地图构造器,进化规划器,目标驱动行为,反射式行为,环境,性 能 判 断,感知,协调组合,动作,行为控制模块,任务,任务描述,状态,协调控制,进化规划模块,8,7.3.2 进化规划器的结构与算法,进化规划器的结构与算法 运动规划算法,7.3 进化控制系统示例,离线进化算法,先验知识,在线进化算法,感知信息,路径选择,运动规划器,行为驱动,目标行为,协调控制,传感数据,基本 地图,协调策略,任务,驱动,路径,9,7.4 免疫算法及人工免疫系统原理,7.4.1 免疫算法的提出和定义 免疫算法的提出 人工免疫系统是由免疫学理论和观察到的免疫功能、原理和模型启发而产生的适应性系统 免疫算法是基于自然免疫学说，可以创建一定的算法来模拟免疫机制 免疫算法的关键在于系统对受侵害部分的屏蔽、保护和学习控制 免疫算法的有关定义 免疫算法 人工免疫系统 免疫系统的鲁棒性 抗原、疫苗、抗体,10,7.4.2 免疫算法的步骤及框图,目前免疫算法还没有统一的框架,下面介绍一种含有免疫算子的免疫算法. 免疫算法的实际操作过程 (1) 具体分析待求解的问题,提取最基本的特征信息. (2)处理该特征信息,并把它转化为一种问题求解方案. (3)以适当形式把此方案转化为免疫算子以实施具体操作 及具体的框图如图9所示,7.4 免疫算法及人工免疫系统原理,11,结束,7.4.2 免疫算法的步骤及框图,7.4 免疫算法及人工免疫系统原理,12,7.5 免疫控制的系统结构,7.5.1 免疫控制的四元结构 图 7.12 免疫控制的四元结构,13,7.5.2 免疫系统的一般结构,免疫控制系统的一般结构,7.5 免疫控制系统的结构,14,7.6.1 免疫反馈规则 免疫反馈规则 其中K=K1和0=K1/K2,参数K控制响应速度,参数控制稳定作用,7.6 免疫控制系统示例,15,7.6.2 免疫反馈控制器的设计,基于免疫反馈规则的反馈控制器IMF方框图,Kd(1-z-1),e(k),Ki/(z-1),Kp,受控 对象,uPID(k),u(k),Z-d,Z-1,f(),yd(k),y(k),+,-,+,+,+,+,-,+,-,u(k),7.6 免疫控制系统示例,16,IMF控制器的控制规律如下: IMF控制器的实质:自适应PID控制器,7.6.2 免疫反馈控制器的设计,7.6 免疫控制系统示例,17,7.7 小结,本章讨论了几种其它智能控制，包括近年来提出的新的智能控制 进化控制是另一种新型智能控制，它是建立在进化计算和反馈机制的基础上的 免疫控制是建立在生物免疫机制的基础上的,还有待继续研究,第7章 进化控制与免疫控制,