遗传算法设计混合H2/H∞控制器的策略

"这篇文章是2005年发表在《控制与决策》期刊第20卷第2期的一篇自然科学论文，由潘伟、王学勇和井元伟共同撰写。研究内容主要涉及使用遗传算法设计混合H2/H∞状态反馈控制器，以提升系统的鲁棒性和性能。" 在控制系统理论中，混合H2/H∞控制器是一种结合了H2控制（关注系统输出的能量最小化）和H∞控制（关注系统对干扰和不确定性的鲁棒性）特性的控制器。传统的H2控制器设计侧重于系统输出的均方根值最小化，而H∞控制器则专注于限制系统对最大干扰的响应。混合H2/H∞控制器则旨在同时实现这两方面的最优性能。 本文提出的方法创新性地利用遗传算法来优化H∞控制器的H2性能。遗传算法是一种模拟自然选择和遗传机制的优化技术，它通过实数编码、排序选择、最佳个体保存、实值中间重组的交叉以及实值变异的变异算子，对控制器参数进行搜索和优化。在适应度函数中加入惩罚约束，确保了设计的控制器既能满足H∞性能要求，也能优化H2性能指标。 具体实施过程中，研究人员首先将控制器参数表示为实数编码，然后通过遗传算法进行迭代优化。在每一代中，选择算子根据个体的适应度值进行选择，最佳个体被保留下来，以保持优良特性。交叉算子和变异算子则负责生成新的解，促进种群的多样性，避免早熟收敛。这种方法能够在全球搜索空间中有效地寻找最优解，克服了传统优化方法可能遇到的局部最优问题。 为了验证所提方法的有效性，研究者将其应用于国产某型号飞机的仿真环境中。仿真结果显示，通过遗传算法设计的混合H2/H∞状态反馈控制器确实能够提供良好的H∞性能（即对干扰的抑制能力）和H2性能（即系统输出的稳定性），满足了系统的整体性能要求。 关键词：H2控制、H∞控制、混合H2/H∞状态反馈控制器、遗传算法、实数编码。这篇文章对于理解和应用遗传算法在控制系统设计中的作用，以及如何构建鲁棒且性能优秀的混合控制器提供了有价值的参考。