基于量子免疫算法的三自由度直升机的研究

发布时间：2017-07-06 20:18

  本文关键词：基于量子免疫算法的三自由度直升机的研究

  更多相关文章： 三自由度 量子免疫算法(QIA) 优化 正则化模糊神经网络(NFNN)

【摘要】：三自由度直升机因其形象直观、结构简单的机械装置和存在的高阶次、非线性、多输入多输出等特点,已成为众多高校验证研究智能算法的工具。本文以固高公司生产的GHP 2004型三自由度(3-Dof)双旋翼直升机为主要研究对象,通过结合量子免疫算法(Quantum Immune Algorithm,QIA)设计响应性能良好的控制器,实现控制效果。量子免疫算法通过克隆选择和记忆学习机理,增强了算法的智能型,具有高并行性和全局优化的特点。主要工作包括以下几个方面:1、介绍了系统的结构组成及工作原理,根据每个自由度的动力学特性,利用牛顿力学原理建模。为了设计简单有效的控制器,满足快速、稳定、准确等特性,将模型简化,建立状态空间表达式。对系统设计由最优控制理论出发的线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)和由智能控制领域出发的正则化模糊神经网络(Normalized Fuzzy Neural Network,NFNN)控制器。2、介绍量子计算的基础知识,结合量子免疫算法全局优化的特点,将其应用到LQR和NFNN控制器的参数选择上,通过带有性能分析的评价函数选取高亲和力的抗体,得到优化后的合理参数。由仿真结果得出,量子免疫算法在参数优化方面的特性,验证算法的可行性,充分体现算法全局优化的特点。3、对3-Dof直升机进行实时控制,利用QIA优化LQR控制器参数,由于量子计算的并行性导致现有的计算设备不能很快计算,实时性不强,所以通过采用分阶段选取控制器参数的方法,搭建Simulink仿真模型。结果说明算法可行,控制效果良好。
【关键词】：三自由度 量子免疫算法(QIA) 优化 正则化模糊神经网络(NFNN)
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V275.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 背景和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-10
• 1.2.1 量子免疫算法研究现状9-10
• 1.2.2 三自由度直升机模型国内外的研究现状10
• 1.3 主要研究内容10-12
• 第二章 直升机系统建模与系统分析12-22
• 2.1 直升机的系统组成12-13
• 2.2 三自由度直升机试验平台介绍13-15
• 2.2.1 三自由度直升机本体13-14
• 2.2.2 3-Dof直升机系统电控箱14
• 2.2.3 控制平台14-15
• 2.3 系统建模15-21
• 2.3.1 俯仰轴建模15-16
• 2.3.2 横侧轴建模16-17
• 2.3.3 旋转轴建模17-18
• 2.3.4 模型线性化18-19
• 2.3.5 系统状态空间表达式19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 直升机基础控制器设计22-36
• 3.1 LQR控制器设计22-26
• 3.1.1 LQR最优控制原理22-24
• 3.1.2 LQR最优控制器设计24
• 3.1.3 LQR控制器仿真结果24-26
• 3.2 模糊-神经控制器的设计26-29
• 3.2.1 模糊控制基本原理26-27
• 3.2.1.1 模糊化26-27
• 3.2.1.2 模糊控制规则27
• 3.2.1.3 清晰化27
• 3.2.2 神经网络基本原理27-29
• 3.2.2.1 神经网络结构28
• 3.2.2.2 BP神经网络学习过程28-29
• 3.3 模糊-神经控制器设计29-33
• 3.3.1 正则化模糊神经网络29-31
• 3.3.2 NFNN控制器在 3-Dof直升机中的应用31-33
• 3.4 模糊-神经网络控制器仿真结果33-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第四章 量子免疫算法在直升机中的设计36-50
• 4.1 量子算法的基本原理36-39
• 4.1.1 量子比特和量子叠加态36-37
• 4.1.2 量子逻辑门37-39
• 4.2 量子免疫算法的优化设计39-42
• 4.2.1 量子免疫算法的构成要素39-41
• 4.2.2 量子免疫算法流程图41-42
• 4.3 量子免疫算法在直升机中的应用42-49
• 4.3.1 量子免疫算法优化LQR控制器43-44
• 4.3.2 量子免疫算法优化LQR控制器仿真结果44-45
• 4.3.3 量子免疫算法优化NFNN控制器45-47
• 4.3.4 量子免疫优化NFNN控制器仿真结果47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 三自由度直升机的实时控制50-62
• 5.1 三自由度直升机软件设计50-53
• 5.1.1 软件结构设计50-51
• 5.1.2 软件接口设计51
• 5.1.3 软件运行设计51-52
• 5.1.4 软件出错设计52-53
• 5.2 量子免疫LQR控制器的设计53-56
• 5.3 实时控制结果56-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第六章 结论62-64
• 6.1 主要工作任务62
• 6.2 工作展望62-64
• 参考文献64-67
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果67-68
• 致谢68

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