一種基于文化基因算法的傳遞函數(shù)辨識方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)和智能優(yōu)化領域，具體地說是一種基于文化基因算法的傳遞 函數(shù)辨識技術。
【背景技術】
[0002] 在工程應用中，相當一部分工業(yè)過程可由無時滯或有時滯的傳遞函數(shù)來描述。許 多控制算法，如過程控制中的PID算法，也是基于系統(tǒng)的傳遞函數(shù)來進行設計的?？刂葡到y(tǒng) 的綜合與系統(tǒng)模型的辨識合理與否密切相關，因此系統(tǒng)傳遞函數(shù)的辨識至關重要，而傳遞 函數(shù)的辨識一般是根據(jù)測試得到的試驗數(shù)據(jù)來獲得。迄今為止，已有一些關于系統(tǒng)傳遞函 數(shù)辨識的研宄，如遺傳算法、迭代Prony算法等，但這些方法考慮的模型均不含系統(tǒng)時滯效 應，而且算法復雜。
[0003] 針對上述現(xiàn)有系統(tǒng)傳遞函數(shù)辨識技術存在的缺陷或不足，本申請人遂以多年從事 本行業(yè)的技術累積，積極地研宄如何將文化基因算法應用于傳遞函數(shù)的辨識中，以期能改 善先前技術之缺失，終于在各方條件的審慎考慮下開發(fā)出本發(fā)明。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于綜合應用傳遞函數(shù)模型和文化基因算法推斷系統(tǒng)傳遞函數(shù)的 參數(shù)，提出一種基于文化基因算法的傳遞函數(shù)辨識方法，尋優(yōu)過程中以傳遞函數(shù)輸出響應 誤差為優(yōu)化算法的評價函數(shù)，充分利用基于種群的全局搜索和基于個體的局部啟發(fā)式搜 索，通過優(yōu)化種群分布，及早剔除不良個體，加快算法的求解速度，在保證較高收斂性能的 基礎上，提高全局搜索能力，獲得高質量的解，以推測出與實際系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)最符合的傳遞 函數(shù)模型。
[0005] 為達上述的目的及功效，本發(fā)明采用以下技術內容：
[0006] 一種基于文化基因算法的傳遞函數(shù)辨識方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟1 :生成數(shù)據(jù)，由實際系統(tǒng)傳遞函數(shù)在輸入下產(chǎn)生輸出響應的tf個離散時間 序列 y(t)，t = 1，2,…，tf;
[0008] 步驟2 :編碼，根據(jù)傳遞函數(shù)中待估計參數(shù)變量的解空間，將可行解數(shù)據(jù)表示成搜 索空間的浮點型串結構數(shù)據(jù)，這些串結構數(shù)據(jù)不同組合構成不同可行解；
[0009] 步驟3 :產(chǎn)生初始群體，確定搜索群體規(guī)模M，雜交概率p。，變異概率pv，隨機產(chǎn)生M 個初始個體，進化代數(shù)變量k = 1，最大進化代數(shù)Kmax;
[0010] 步驟4 :交叉，按照雜交概率P。在M個個體中任意選取兩個進行雜交運算，產(chǎn)生新 一代群體的兩個新個體；
[0011] 步驟5:變異，在雜交運算雜生的新群體中，按照變異概率pv從中選取若干個體， 進行變異操作；
[0012] 步驟6 :計算適應度函數(shù)，對變異后的新群體根據(jù)實際傳遞函數(shù)輸出響應和估計 傳遞函數(shù)輸出響應誤差分別計算每個個體的適應度函數(shù)，其公式為：
[0014] 其中，t為從1到tf的一系列離散時間序列，j)f 〇)為第i個個體在第k次迭代優(yōu) 化后獲得傳遞函數(shù)參數(shù)所對應的系統(tǒng)輸出序列；
【主權項】
1. 一種基于文化基因算法的傳遞函數(shù)辨識方法，其特征在于，所述方法包括如下步 驟： 步驟1 :生成數(shù)據(jù)，由實際系統(tǒng)傳遞函數(shù)在輸入下產(chǎn)生輸出響應的心個離散時間序列 y(t)，t = 1，2,…，tf; 步驟2 :編碼，根據(jù)傳遞函數(shù)中待估計參數(shù)變量的解空間，將可行解數(shù)據(jù)表示成搜索空 間的浮點型串結構數(shù)據(jù)，這些串結構數(shù)據(jù)不同組合構成不同可行解； 步驟3 :產(chǎn)生初始群體，確定搜索群體規(guī)模M，雜交概率p。，變異概率pv，隨機產(chǎn)生M個初 始個體，進化代數(shù)變量k = 1，最大進化代數(shù)Kmax; 步驟4 :交叉，按照雜交概率p。在M個個體中任意選取兩個進行雜交運算，產(chǎn)生新一代 群體的兩個新個體； 步驟5 :變異，在雜交運算雜生的新群體中，按照變異概率pv從中選取若干個體，進行 變異操作； 步驟6 :計算適應度函數(shù)，對變異后的新群體根據(jù)實際傳遞函數(shù)輸出響應和估計傳遞 函數(shù)輸出響應誤差分別計算每個個體的適應度函數(shù)，其公式為： / = 1,2,·· ,/W ?-\ 其中，t為從1到tf的一系列離散時間序列，⑴為第i個個體在第k次迭代優(yōu)化后 獲得傳遞函數(shù)參數(shù)所對應的系統(tǒng)輸出序列； 步驟7 :選擇，從當前群體中選擇M個適應度高的個體，選擇概率與其適應度成正比，舍 棄適應度低的個體； 步驟8 :局部搜索，對群體中的所有個體采用擬牛頓法進行局部搜索； 步驟9 :如果滿足停止條件或達到最大迭代次數(shù)k = Kmax，則尋優(yōu)結束，所得到的全局最 優(yōu)值，即為傳遞函數(shù)的估計參數(shù)值；否則，k: = k+Ι，轉步驟4。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于文化基因算法的傳遞函數(shù)辨識方法，其特征在于，所述 步驟8中，局部搜索策略包括爬山法、單純形優(yōu)化法、共軛梯度法以及牛頓法。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于文化基因算法的傳遞函數(shù)辨識方法，步驟包括：生成數(shù)據(jù)，編碼，產(chǎn)生初始群體，交叉，變異，計算適應度函數(shù)，選擇，局部搜索以及判斷是否滿足停止條件。本發(fā)明結合了群體算法搜索的廣度優(yōu)點和局部搜索算法的深度優(yōu)點，以傳遞函數(shù)輸出響應誤差為優(yōu)化算法的評價函數(shù)，通過個體間的交叉和變異增加了粒子的多樣性，利用最小化評價函數(shù)來確定傳遞函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)，從而推測出與實驗數(shù)據(jù)相吻合的系統(tǒng)傳遞函數(shù)。
【IPC分類】G06N3-12, G06F19-00
【公開號】CN104834822
【申請?zhí)枴緾N201510250317
【發(fā)明人】葉倩, 劉全勝
【申請人】無錫職業(yè)技術學院
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年5月15日