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作者简介聂瑞 男湖北麻城人博士研究生主要 研究方向为多目标 进 化算法飞 行 控制技术 raynr yahoocn章卫 国
男安徽南陵人博导博士主要研究方向为飞行器控制先进控制理 论李广文男河北献县人副教授博士主要研究方向为 进 化算
法飞行控制技术刘小雄男副教授主要研究方向为飞行器控制与仿真故障诊断容错控制
基 于 改 进 的 多 目 标 进 化 算 法 的
飞 行 控 制 系 统 优 化
聂瑞 章卫国 李广文 刘小雄
西北工业大学 自动化学院 西安
摘要 针对在传统飞行控制系统控制器参数整定问题中单目标优化不能同时满足多个控制指标要求的缺点
提出了一种基于改进的 NSGAII 算法的多目标进化算法 在改进的 NSGAII 算法中提出了改进的精英保留策
略增强算法收敛性同时使用改进的自适应模拟二进制 ASBX 算子提高算法效率提出了使用改进的基于混
沌序列的变异算子避免算法陷入局部最优解以提高算法搜索精度 将改进的算法应用于飞机飞行控制系统设
计中 仿真结果表明该进化算法能够快速有效地进行飞行控制系统参数整定
关键词 飞行控制系统 多目标进化算法 NSGAII 精英保留策略 混沌序列
中图分类号 TP文献标志码 A文章编号
doi jissn
Optimization of aircraft flight control system based on
improved multiobjective evolutionary algorithm
NIE Rui ZHANG Weiguo LI Guangwen LIU Xiaoxiong
Abstract In the traditional optimization of tuning the flight control system FCS parameters it is difficult to use the single
object to optimal the many objects in the same timeTo solve such problem an improved NSGA algorithm was proposed
based on the multiobjective evolutionary optimization algorithmIn the improved NSGA algorithm presented a new elitism
reserve strategy to enhance the convergence speedMoreover adopted a modified adaptive simulated binary crossover AS
BX operator to increase the computational efficiency of the algorithmAnd utilized the mutating operator based on the chaos
sequence to avoid the chromosomes being trapped into local convergence which could improve the precision in the searching
processFinally applied the improved algorithm in the designing of the flight control systemThe simulation result shows that
the algorithm of this paper adopted can tone the parameters of the FCS rapidly
Key words FCS multiobjective evolutionary algorithm NSGAII elitism reserve strategy chaos sequence
0 引言
新型飞行器向着智能化多功能化的方向发展因此飞机
包线越来越大使得现代控制系统日渐成为一个复杂的大系
统 随着飞行器性能的提高采用人工试凑的方法整定控制器
参数已经成为制约控制系统设计的瓶颈 因此利用计算机
强大的运算能力和逻辑判断能力按照合适的寻优策略使用
优化算法优化待整定参数的方法
成为了一个研究热点
目前智能控制理论的飞速发展
出现了基于知识推理
的专家 PID 控制基于规则的自学习 PID 控制基于连接机制
的神经网络 PID 控制以及基于模糊逻辑的智能 PID 控制等先
进 PID 控制方法 这些智能 PID 控制策略有些要求需对被控
过程和控制规律有全面的先验知识有些则要求建立在连续导
数的光滑搜索空间的基础上若参数空间不可微或者参数空间
为非线性时则得不到全局最优解
传统 PID 控制系统具有结构简单易于实现控制效果好
鲁棒性强参数物理意义明确等优点常被用于飞行控制系统
的设计中 在参数整定时
通常仅使用 ITAE 等指标作为优
化的唯一单目标 但是单目标的 ITAE 指标只是多个控制系
统设计目标的折中不仅物理意义不明确有时因为某些目标
函数相互排斥也很难达到理想的控制效果 控制系统要求的
稳准快所对应的超调量稳态误差和调节时间这三者并不
是统一的而是相互制约的关系 为了综合考虑这三个目标
有必要进行多目标优化 综合考虑控制系统设计中的各种
要求
NSGAII 是 年 Deb 等人对其算法 NSGA 的改进它
是迄今为止最优秀的进化多目标优化算法之一
以其具有
精英保留策略密度值估计和快速非支配排序等特点成为了
目前较为常用的一种多目标算法 但是NSGA采用的精英
保留策略是通过保留父代的全部个体完成这样不仅增加了算
法的计算复杂度同时由于其父代是经过锦标赛选择后得到
的有可能真正的最优解没有被选择到从而降低了算法的收
第 卷第 期
年 月
计 算 机 应 用 研 究
Application Research of Computers
Vol No
May