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随着计算机技术与人工智能算法的飞速发展和在工业领域的深入应用,如何将现代智能算法用于控制器设计已经成为当前控制界研究的热点。本论文在C++Builder6.0集成环境下设计并实现了基于免疫遗传算法(Immune Genetic Algorithm,简称IGA)的多变量系统设计平台,它包括解耦预补偿矩阵和动态补偿阵的设计和参数优化,及多变量控制系统的仿真。本文对传统遗传算法的缺陷和不足进行了研究并作了改进,将人工免疫算法的若干策略加入到遗传算法中,形成了一种新的免疫遗传算法,提高了优化性能。平台提供了较为完善的免疫遗传算法函数库,便于扩展和移植。
本文主要介绍该软件平台的设计与实现,对平台的关键技术进行了分析。从功能上,该平台主要分为三大模块:多变量预补偿器设计模块、PID控制器参数设计与优化模块和算法仿真模块。通过友好的人机界面,可以动态调整算法参数与寻优策略,并实现了通用的模型数据文件的载入与保存功能。
平台的研发遵循软件工程规范,非常重视前期的设计以及后期的测试工作。合理、完善的软件设计是软件开发成功的重要前提,而完整的测试工作则是软件可靠性的重要保证。本文使用面向对象的设计方法,使得软件的数据结构和各功能流程清晰合理。该软件填补了本实验室SCON系列软件平台在控制器设计方面的一项空白。
在所做研究工作的基础上,作者撰写了本论文,全文共分为六章。在第一章介绍了现代智能算法工程应用研究的发展现状,概述了作者所做的主要工作。第二章介绍了该软件平台中所使用的寻优算法——免疫遗传算法,阐述了其运算原理和改进方案。第三章阐述了多变量系统CAD平台的总体设计,包括平台的设计理论、具有的功能和平台的结构,及软件开发平台与开发工具。第四章介绍了利用IGA作为搜索和优化引擎,设计多变量解耦控制系统中预补偿阵K<,ρ>(s)参数和动态补偿器K<,c>(s)参数的方法。第五章对若干工业对象模型进行了系统设计,给出了设计结果并证明了该平台的实用有效性。第六章为最后一章,列举了软件开发中得到的结论,对全文作了总结,并提出了关于以后研究工作的设想。