基于混沌理论的控制系统优化算法分析

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1、哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于混沌理论的控制系统优化算法研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：瑾秽云日期：矽矿子年弓月Iy日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《基于混沌理论的控制系统优化算法研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理

2、工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密口，在年解密后适用授权书。不保密回。(请在以上相应方框内打√)作者签名：砸社云日期．加p孑年乡月蟛日导师签名：日期：埘年多月怕哈尔滨理_T人学T学硕．1：学位论文1．1引言第1章绪论一门新学科的创立，不仅是理论进步的结果，而且是生产发展的需要和社会实践深化的必然。开始于六十年代的混

3、沌学研究，揭开了物理学、数学乃至整个现代科学发展的新篇章，是继相对论和量子力学之后的第三次物理学革命。如果说相对论描述了大尺度范围的宏观高速运动物体的运动规律，而量子力学给出了微观小尺度领域的运动特征，那么与前两次革命不同的是，混沌理论又一次回到了人类自身的尺度下，描述了我们习以为常、司空见惯的日常生活中的事物，揭示了我们以前没有认识到的貌似简单的现象背后的复杂规律。混沌是一种貌似无规则的运动，它是在确定线性系统中，不需要附加任何随机因素也可以出现类似随机的行为(内在随机性)。混沌系统的最大特点就在于系统的演化对初始条件极端敏感，因此从长期意义上讲，系统的未来行为

4、是不可预测的。从现象上看，混沌是一种完全无序、彻底混乱的状态。混沌与秩序被看作相反的两极，成为解释世界的两极要素。混沌现象在自然界随处可见，而规则运动只是在局部范围和较短时间内存在。通常研究的规则系统或确定性系统只是对混沌对象的近似或简化而已，可以说，混沌是绝对的，无所不在的，而规则只是相对的、局部的。在数学上混沌是指在确定性系统中出现的随机状态。钱学森教授曾经指出，混沌是指宏观的有序和微观的无序现象。许多非线性系统的参数随着外界环境的变化而变化到一定程度时，系统就会进入混沌状态。这对系统是非常不利的，只能通过寻找一种控制方法使得混沌系统再回到原来的稳定状态(一般

5、指常值稳态)。然而混沌现象也给我们带来了有利的一面，即混沌有许多很好的特性可以利用，譬如，混沌的短期预测可以帮助人们进行预测控制；混沌对初始条件的敏感性可以提高模式识别的精度；混沌的遍历特性，使得混沌优化算法可以调处局部极小等。混沌看似杂乱无章，但在某些条件下反而可以表现出高度的有序。自90年代以来，混沌科学广泛的应用于其他许多学科，如电子学、信息科学、生物学、物理学、化学、天文现象、社会经济等。混沌现象的普遍存在及其广阔的应用3哈尔滨理T大学下学硕Ij学位论文前景使得对混沌科学的深入研究有着重要的意义。一方面它可以增加人类对大自然更深刻的认识和理解，另一方面也将

6、对人类的科学观和方法论产生重大的影响。1．2课题的背景和研究意义在工业过程控制发展史上，PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单直观、鲁棒性好和可靠性强，被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。尽管PID控制器的参数整定是一个十分繁琐费时的工作，然而绝大多数基于现代控制理论设计的控制器或智能控制器的可调参数远多于三个参数，实际应用表明，人凭经验手动整定三个以上的控制参数是很困难的，因此，PID控制参数整定具有重要的实际意义。长期以来，许多学者一直在寻求PID控制器参数的自动整定技术，以适应复杂的工况和高指标的控制要求，

7、使得PID控制参数整定方法和技术也不断地得到发展IIJ。特别是近年来，国际控制领域对PID控制的参数整定方法的研究仍在继续，许多重要的国际杂志不断发表新的研究成果，如Automatic[2。5。，IEEEInternationalSymposiumonIntelligentControl【6，71，ControlEngineeringPracticeis】。混沌，当今举世瞩目的前沿课题及学术热点，它揭示了自然界及人类社会中普遍存在的复杂性。进入90年代，混沌与其它学科相互渗透、相互促进、广泛应用，使得混沌多个领域都得到了广泛的应用。混沌是存在于非线性系统中的一种较

8、为普遍的现