基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化控制問(wèn)題的研究.pdf

1、神經(jīng)元控制是智能控制的重點(diǎn)內(nèi)容，是目前自動(dòng)控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。本文主要研究了基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多變量時(shí)變線性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制問(wèn)題，構(gòu)建了新型的隨機(jī)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了基于遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)預(yù)測(cè)控制方案，并將其應(yīng)用于青霉素發(fā)酵過(guò)程。論文的主要研究成果如下： 1.本文提出了一種基于Boltzmann機(jī)的求解線性二次型動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制問(wèn)題的方法，其基本思想在于，將系統(tǒng)的性能指標(biāo)轉(zhuǎn)化成Boltzmann機(jī)的能量函數(shù)，將控制序列與網(wǎng)絡(luò)的

2、神經(jīng)元相對(duì)應(yīng)，其求解線性二次型的動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制問(wèn)題的過(guò)程就是運(yùn)行相應(yīng)的Boltzmann機(jī)網(wǎng)絡(luò)從初態(tài)至穩(wěn)態(tài)的過(guò)程，而Boltzmann機(jī)的穩(wěn)態(tài)對(duì)應(yīng)的即是最優(yōu)的控制序列。本文的理論研究表明，對(duì)于任意多變量、時(shí)變線性系統(tǒng)，都能夠找到一個(gè)相應(yīng)的Boltzmann機(jī)，其能量函數(shù)與該系統(tǒng)的線性二次型性能指標(biāo)等價(jià)。本文對(duì)上述理論研究的方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，取得了與理論分析一致的結(jié)論。 2.模擬退火算法使Boltzmann機(jī)具有了較強(qiáng)的全局優(yōu)化計(jì)

3、算能力，然而，為了獲得全局最優(yōu)，模擬退火算法又使Boltzmann機(jī)付出了運(yùn)算速度慢的代價(jià)。針對(duì)這一問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種Boltzmann機(jī)與Hopfield網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Boltz-Hop，該網(wǎng)絡(luò)具有與Boltzmann機(jī)相同的能量函數(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。Boltz-Hop網(wǎng)絡(luò)采用Hopfield網(wǎng)絡(luò)的工作算法搜索局部極小，采用Boltzmann機(jī)工作算法搜索全局最優(yōu)，即：只有在局部極小點(diǎn)附近，Boltzmann機(jī)的模擬退火算法才發(fā)

4、揮作用。Boltz-Hop網(wǎng)絡(luò)既避免了Hopfield網(wǎng)絡(luò)局部極小的問(wèn)題，同時(shí)也解決了Boltzmann機(jī)全局尋優(yōu)速度較慢的問(wèn)題，Boltz-Hop網(wǎng)絡(luò)因而具有快速導(dǎo)向全局最優(yōu)的特性。本文針對(duì)Boltz-Hop神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的尋優(yōu)特性的實(shí)驗(yàn)研究取得了良好的結(jié)果。 3.本文提出了一種基于Boltz-Hop神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)預(yù)測(cè)控制方法。該方法將Boltz-Hop網(wǎng)絡(luò)作為預(yù)測(cè)控制中的最優(yōu)控制器，與被控系統(tǒng)和廣義預(yù)測(cè)模型構(gòu)成滾動(dòng)優(yōu)化的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，

5、系統(tǒng)每一離散時(shí)刻的優(yōu)化問(wèn)題都將轉(zhuǎn)化為Boltz-Hop網(wǎng)絡(luò)的能量函數(shù)并由Boltz-Hop網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)求解產(chǎn)生最優(yōu)控制序列，被控對(duì)象在此控制序列作用下運(yùn)行，在下一時(shí)刻，新的系統(tǒng)狀態(tài)導(dǎo)致廣義預(yù)測(cè)模型新的預(yù)測(cè)輸出及優(yōu)化問(wèn)題和新的Boltz-Hop能量函數(shù)，以及新的最優(yōu)控制序列。如此循環(huán)往復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)了預(yù)測(cè)控制的三個(gè)環(huán)節(jié)：多步預(yù)測(cè)、滾動(dòng)優(yōu)化、反饋校正?；谠摲椒?，本文以青霉素發(fā)酵過(guò)程為對(duì)象，設(shè)計(jì)了青霉素發(fā)酵過(guò)程的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制系統(tǒng)，仿真實(shí)驗(yàn)取得了良