书名极值搜寻算法研究及其套用

书号978-7-118-09282-0

作者李静 左斌 晋玉强

出版时间2014年4月

译者

版次1版1次

开本16

装帧精装

出版基金国防科技图书出版基金

页数233

字数294

中图分类O172

丛书名

定价89.00

本书是关于极值搜寻算法设计及套用的一部专着，结合作者多年从事相关科研工作的经历与体会，从极值搜寻算法的设计理论和套用实例分析两个方面，系统地研究极值搜寻算法的全局最最佳化设计、极值搜寻系统的一体化设计、极值搜寻控制方法及多种军事套用。

本书以系统科学理论与套用数学技术为指导，针对极值搜寻算法研究及多种军事套用问题，採用数学建模与反馈控制思想统揽全局，研究得到了离散型退火递归神经网路极值搜寻算法、基于混沌退火的参数扰动递归神经网路极值搜寻算法、极值搜寻系统的一体化设计方法、非线性系统极值搜寻控制方法以及系统参数自动调节、控制系统设计等多种武器装备套用实例，提高了极值搜寻算法的全局寻优能力、鲁棒性能和动态性能，拓宽了其套用领域。本书可供导航、制导与控制工程、系统工程等专业的高年级本科生、研究生阅读和参考，同时对其他领域从事系统最最佳化设计、人工智慧的工程技术人员具有一定的参考价值。

第1章 绪论1

11 极值搜寻算法简介1

111 基于正弦激励函式的单变数极值搜寻算法1

112 简单极值搜寻算法4

113 滑模极值搜寻算法4

114 斜率搜寻算法5

115 离散时间极值搜寻算法6

116 基于正弦激励函式的多变数极值搜寻算法7

12 极值搜寻算法的研究意义9

13 极值搜寻算法的国内外研究现状9

第2章 离散型退火递归神经网路极值搜寻算法14

21 系统建模与分析15

22 离散型退火递归神经网路的设计20

23 离散型退火递归神经网路的收敛性分析22

24 基于ESA-ARNN的PID控制器参数自动调节方法26

25 鲁棒性能分析28

251 鲁棒性能指标的设计28

252 鲁棒稳定性的评价方法29

26 仿真实例分析29

261 仿真实例一30

262 仿真实例二33

263 仿真实例三35

264 带有PID控制器调节的自动电压稳压器仿真研究37

27 新型代价函式设计43

28 飞弹控制参数的自动调节套用研究47

281 飞弹的数学模型48

282 俯仰通道控制系统设计与仿真分析51

283 偏航通道控制系统设计与仿真分析56

284 飞弹全弹道六自由度仿真分析60

第3章 极值搜寻算法与控制器的一体化设计方法 67

31 基于正弦激励函式的极值搜寻算法与控制器的一体化设计方法67

311 系统建模与分析67

312 一体化控制方法的设计69

313 仿真实例分析75

32 滑模极值搜寻算法与控制器的一体化设计方法77

321 系统建模与分析78

322 滑模极值搜寻控制系统的一体化模型建立79

323 一体化控制方法的设计81

324 仿真实例分析82

33 退火递归神经网路极值搜寻算法与控制器的一体化设计方法85

331 退火递归神经网路极值搜寻系统的一体化模型建立85

332 一体化控制方法的设计90

333 仿真实例分析94

34 无人机的紧密编队飞行控制套用研究96

341 紧密编队飞行时僚机的数学模型96

342 基于正弦激励函式的一体化极值搜寻控制系统设计100

343 一体化滑模极值搜寻控制系统设计107

344 基于退火递归神经网路的一体化极值搜寻控制系统设计109

345 紧密编队飞行的极值搜寻控制系统分析111

346 无人机紧密编队飞行的仿真分析112

第4章 基于反演设计的块控型极值搜寻系统一体化控制方法 117

41 块控型极值搜寻系统的模型分析117

42 理论基础118

43 基于反演设计的一体化控制方法设计120

44 仿真实例分析135

第5章 基于混沌退火的参数扰动递归神经网路极值搜寻算法138

51 系统建模与分析139

52 具有参数扰动的递归神经网路极值搜寻算法的设计与分析143

521 参数扰动递归神经网路的设计143

522 参数扰动递归神经网路的收敛性分析144

523 参数扰动递归神经网路解的最优性分析146

53 基于混沌退火的参数扰动递归神经网路极值搜寻算法设计与分析149

531 基于混沌退火的参数扰动递归神经网路的设计150

532 基于混沌退火的参数扰动递归神经网路的全局收敛性分析152

533 参数设计方法154

54 仿真实例分析156

541 ESA-CARNNPD在系统控制中的套用156

542 ESA-CARNNPD在Schaffer函式寻优中的套用158

543 ESA-CARNNPD在静态非线性函式最佳化中的套用161

55 航空发动机的燃烧主动控制套用研究163

551 航空发动机不稳定燃烧过程的数学模型建立164

552 燃烧室内压力模型分析167

553 极值搜寻算法在发动机不稳定燃烧主动控制中的套用169

554 航空发动机不稳定燃烧过程的仿真分析170

56 一类碟式飞行器平衡状态的求解套用研究173

561 基于质量/推力矢量複合控制的碟式飞行器模型建立174

562 极值搜寻算法在碟式飞行器平衡状态求解中的套用178

563 仿真实例分析180

第6章 非仿射型非线性系统的极值搜寻控制方法185

61 SISO非仿射型非线性系统的极值搜寻控制方法185

611 模型建立185

612 基于极值搜寻算法的控制方法设计及稳定性分析186

613 仿真实例分析191

62 MIMO非仿射型非线性系统的极值搜寻控制方法193

621 模型建立193

622 基于极值搜寻算法的控制方法设计及稳定性分析194

623 仿真实例分析201

附录204

附录A 矩阵3计算204

附录B 矩阵P与Q计算205

附录C 系统矩阵与向量的计算208

参考文献228

Contents

Chapter 1 Introduction 1

1.1 Introduction of ESA 1

1.1.1 Singleparameter ESA Based on Sinusoidal Excitation Function

1

1.1.2 The Simple ESA 4

1.1.3 ESA with Sliding Mode 4

1.1.4 Slope Seeking Algorithm 5

1.1.5 Discretetime ESA 6

1.1.6 Multiparameter ESA Based on Sinusoidal Excitation Function 7

1.2 Research Signficance of ESA 9

1.3 Current Research Status and Analysis of ESA at Home and Abroad 9

Chapter 2 A Discretetime ESA Based on Annealing Recurrent Neural

Network (ESAARNN) 14

2.1 System Modeling and Analysis 15

2.2 Design of the Discretetime ARNN 20

2.3 Convergence Analysis of the Discretetime ARNN 22

2.4 Autotuning Method of PID Controller Parameters Utilizing

ESAARNN 26

2.5 Robustness Analysis 28

2.5.1 Design of Robust Performance Indicators 28

2.5.2 Evaluation of Robust Stability 29

2.6 Simulation Analysis 29

2.6.1 Simulation Example One 30

2.6.2 Simulation Example Two 33

2.6.3 Simulation Example Three 35

2.6.4 Simulation Study of Automatic Voltage Regulator with PID

Controller 37

2.7 Design of New Cost Function 43

2.8 Research on Autotuning Parameters of Missile’s Controller 47

2.8.1 Missile Modeling 48

2.8.2 Design of the Control System in the Pitch Channel and

Simulation Analysis 51

2.8.3 Design of the Control System in the Yaw Channel and Simulation

Analysis 56

2.8.4 Simulation Analysis Based on 6 DOF Missile Model 60

Chapter 3 Research on Integrated Design Methods for ESAs and

Controllers 67

3.1 Research on Integrated Design Method for ESA Based on Sinusoidal

Exciation Function and Controller 67

3.1.1 System Modeling and Analysis 67

3.1.2 Design of the Integrated Control Method 69

3.1.3 Simulation Analysis 75

3.2 Research on Integrated Design Method for ESA with Sliding Mode

and Controller 77

3.2.1 System Modeling and Analysis 78

3.2.2 Integrated Modeling of Extremum Seeking Control System with

Sliding Mode 79

3.2.3 Design of the Integrated Control Method 81

3.2.4 Simulation Analysis 82

3.3 Research on Integrated Design Method for ESAARNN and Controller

85

3.3.1 Integrated Modeling of Extremum Seeking Control System Based on

ARNN 85

3.3.2 Design of the Integrated Control Method 90

3.3.3 Simulation Analysis 94

3.4 Research on Integrated Extremum Seeking Control for UAV Tight

Formation Flight 96

3.4.1 Modeling of the Wingman in UAV Tight Formation Flight 96

3.4.2 Design of Integrated Extremum Seeking System for a Wingman

Utilizing ESA Based on Sinusoidal Exciation Function 100

3.4.3 Design of Integrated Extremum Seeking System for a Wingman

Utilizing ESA with Sliding Mode 107

3.4.4 Design of Integrated Extremum Seeking System for a Wingman

Utilizing ESAARNN 109

3.4.5 Analysis of Extremum Seeking System for UAV Tight Formation

Flight 111

3.4.6 Simulation Analysis of UAV Tight Formation Flight 112

Chapter 4 Research on Integrated Design Method for Block Control

Extremum Seeking System Based on Backstepping Design 117

4.1 Model Analysis of Block Control Extremum Seeking System 117

4.2 Theoretical Foundation 118

4.3 Design of the Integrated Control Method Based on Backstepping

Design 120

4.4 Simulation Analysis 135

Chapter 5 ESA Based on Chaotic Annealing Recurrent Neural Network

with Parameter Disturbances (ESACARNNPD) 138

5.1 System Modeling and Analysis 139

5.2 Design and Analysis of ESA Based on Recurrent Neural Network with

Parameter Disturbances (RNNPD) 143

5.2.1 Design of RNNPD 143

5.2.2 Convergence Analysis of RNNPD 144

5.2.3 Optimal Solutions of RNNPD 146

5.3 Design and Analysis of ESACARNNPD 149

5.3.1 Design of CARNNPD 150

5.3.2 Global Convergence Analysis of CARNNPD 152

5.3.3 Design Method of Parameters 154

5.4 Simulation Analysis 156

5.4.1 Application of ESACARNNPD to the Controlled System 156

5.4.2 Application of ESACARNNPD to Optimizing Schaffer Function

158

5.4.3 Application of ESACARNNPD to Optimizing Static Nonlinear

Functions 161

5.5 Research on the Application of ESACARNNPD to Active Control of

Combustion in Aeroengines 163

5.5.1 Modeling of Combustion Instability in Aeroengines 164

5.5.2 Analysis of Pressure Model in the Combustion Chamber 167

5.5.3 Application of ESACARNNPD to Active Control of Combustion in

Aeroengines 169

5.5.4 Simulation Analysis of Combustion Instability in Aeroengines

170

5.6 Research on the Application of ESACARNNPD to Solving the

Equilibrium State of a Class of Saucerlike Air Vehicles 173

5.6.1 Modeling of Saucerlike Air Vehicles Based on Mass Moment and

Thrust Vector Complex Controller 174

5.6.2 Application of ESACARNNPD to Solving the Equilibrium States

of Saucerlike Air Vehicle 178

5.6.3 Simulation Analysis 180

Chapter 6 Extremum Seeking Control for Nonaffine Nonlinear Systems

185

6.1 Extremum Seeking Control for SISO Nonaffine Nonlinear Systems

185

6.1.1 System Modeling 185

6.1.2 Design of the Control Method Based on ESA and Stability

Analysis 186

6.1.3 Simulation Analysis 191

6.2 Extremum Seeking Control for MIMO Nonaffine Nonlinear System

193

6.2.1 System Modeling 193

6.2.2 Design of the Control Method Based on ESA and Stability

Analysis 194

6.2.3 Simulation Analysis 201

Appendices 204

Appendix A Calculation of the Matrix 3 204

Appendix B Calculation of the Matrice and 205

Appendix C Calculation of the Systemic Matrice and Vectors 208

References 228

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