洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖2-1可知，遺傳算法是一種群體型操作，該操作以群體中的所有個體為對象，選擇(Selection)、交叉(Crossover)、變異(Mutation)是遺傳算法的3個主要操作算子，它們構(gòu)成了所謂的遺傳操作(GeneticOperation)，使遺傳算法具有了其它傳統(tǒng)方法所沒有的特性。遺傳算法中包含如下5個基本要素：（1）參數(shù)編碼；（2）初始群體的設(shè)定；（3）適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計(jì)；（4）遺傳操作設(shè)計(jì)；（5）控制參數(shù)的設(shè)定(主要是群體大小和使用遺傳操作的概率等)。圖2-SEQ圖5-\*ARABIC1基本遺傳算法流程圖2.3.1編碼用遺傳算法設(shè)計(jì)一個優(yōu)秀的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，首先是要解決網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的編碼問題；然后才能以選擇、交叉、變異操作得出最優(yōu)結(jié)構(gòu)?；具z傳算法使用固定長度的二進(jìn)制符號串來表示群體中的個體，其等位基因是由二值符號集{0,1}所組成，編碼包括以下幾個步驟：(1)據(jù)具體問題確定待尋優(yōu)的參數(shù)；(2)對每個參數(shù)確定它的變化范圍，并用一個二進(jìn)制數(shù)來表示；(3)將所有表示參數(shù)的二進(jìn)制數(shù)串接起來組成一個長的二進(jìn)制串。除了二進(jìn)制編碼之外，還有浮點(diǎn)數(shù)編碼、符號編碼等方法。所謂浮點(diǎn)數(shù)編碼方法，是指個體的每個基因值用某一范圍內(nèi)的一個浮點(diǎn)數(shù)來表示，個體的編碼長度等于其決策變量的個數(shù)。就二進(jìn)制編碼和浮點(diǎn)數(shù)編碼比較而言，一般二進(jìn)制編碼比浮點(diǎn)數(shù)編碼搜索能力強(qiáng)，但浮點(diǎn)數(shù)編碼比二進(jìn)制編碼在變異操作上能夠保持更好的種群多樣性。符號編碼方法很少采用，這里就不再介紹了2.3.2適應(yīng)度函數(shù)在遺傳算法中，以個體適應(yīng)度的大小來確定該個體被遺傳到下一代群體中的概率，因此適應(yīng)度函數(shù)的定義方法對遺傳算法具有極大的影響。在遺傳算法中，目標(biāo)函數(shù)到適應(yīng)度函數(shù)的映射方式需要保證以下兩點(diǎn)：1．映射后的適應(yīng)度值是非負(fù)的；2．目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化方向應(yīng)對應(yīng)適應(yīng)度值的增大或減小方向。對于求最大值的問題一般采用如下的適應(yīng)度函數(shù)和目標(biāo)函數(shù)的映射關(guān)系： (2-1)式中，可以是一個輸入?yún)?shù)在理論上的最小值，也可以是到目前所有代中的最小值，此時(shí)會隨著代數(shù)而變化。對于求最小值的問題一般采用如下的適應(yīng)度函數(shù)和目標(biāo)函數(shù)的映射關(guān)系： (2-2)式中，Cmax可以是一個輸入?yún)?shù)在理論上的最大值，也可以是到目前所有代中的最小值，此時(shí)Cmax會隨著代數(shù)而變化。2.3.3遺傳算子遺傳算法操作包括選擇、交叉和變異三個基本遺傳算子，綜合考慮三種算子，可以得知它們有如下的特點(diǎn)：A．遺傳操作的效果和它們所取的操作概率、編碼方式、群體大小、初始群體以及適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)定密切相關(guān)；B．它們的操作方式或操作策略隨著具體的求解問題的不同而異。1.選擇算子選擇算子又稱復(fù)制算子（Reproduction），是從種群中選擇生命力強(qiáng)的染色體，產(chǎn)生新種群的過程。常見的有以下幾種方法：（1）適應(yīng)度比例選擇方法(ProportionalModel)，又稱為輪盤賭法(RouletteWheel)或蒙特卡洛(MonteCarlo)模型，是目前最常用的選擇方法，具體表達(dá)方法如下： (2-3)式中，為個體i被選中的概率，為個體i的適應(yīng)度，M為群體大小。（2）確定式采樣選擇(DeterministicSampling)，它的基本思想是按照一種確定的方式來進(jìn)行選擇操作，其具體操作過程如下：a、計(jì)算群體中各個個體在下一代群體中的期望生存數(shù)目Ni： (2-4)b、用的整數(shù)部分確定各個對應(yīng)個體在下一代群體中的生存數(shù)目。其中表示不大于x的最大的整數(shù)。由該步可以確定出下一代群體中的個個體。c、按照Ni的小數(shù)部分對個體進(jìn)行降序排序，順序取前個個體加入到下一代群體中。至此可完全確定出下一代群體中的M個個體。（3）排序選擇法(Rank-basedModel)，是按個體的適應(yīng)度的大小排序，然后按事先設(shè)計(jì)的概率表分配給每一個個體，作為各自的選擇概率。2.交叉算子所謂交叉運(yùn)算，是指對兩個相互配對的染色體依據(jù)交叉概率Pc按某種方式相互交換其部分基因，從而形成兩個新的個體。交叉運(yùn)算是遺傳算法區(qū)別于其他進(jìn)化算法的重要特征，它在遺傳算法中起關(guān)鍵作用，是產(chǎn)生新個體的主要方法。SGA中交叉算子采用單點(diǎn)交叉算子。3.變異算子所謂變異運(yùn)算，是指依據(jù)變異概率Pm將個體編碼串中的某些基因值用其它基因值來替換，從而形成一個新的個體。遺傳算法中的變異運(yùn)算是產(chǎn)生新個體的輔助方法，它決定了遺傳算法的局部搜索能力，同時(shí)保持種群的多樣性。交叉運(yùn)算和變異運(yùn)算的相互配合，共同完成對搜索空間的全局搜索和局部搜索。在遺傳算法中使用變異算子主要有以下兩個目的：1)改善遺傳算法的局部搜索能力；2)維持群體的多樣性，防止出現(xiàn)早熟現(xiàn)象。2.3.4遺傳算法的運(yùn)行參數(shù)遺傳算法中需要選擇的運(yùn)行參數(shù)主要有個體編碼串長度L、群體大小M、交叉率Pc、變異率Pm、終止代數(shù)T等(a)L：編碼串長度。(b)M：種群規(guī)模。一般取為20~100；(c)Pc：交叉概率。一般取為0.4~0.99;(d)Pm：變異概率。一般取為0.0001~0.1(b)T：遺傳運(yùn)算的終止進(jìn)化代數(shù)。一般取為100~1000；至于遺傳算法的終止條件，還可以利用某種判定準(zhǔn)則，當(dāng)判定出群體已經(jīng)進(jìn)化成熟且不再有進(jìn)化趨勢時(shí)就可以終止算法的運(yùn)行過程。常用的判定準(zhǔn)則有下面兩種：①連續(xù)幾代個體平均適應(yīng)度的差異小于某一個極小的閾值；②群體中所有個體適應(yīng)度的方差小于某一個極小的閾值。2.3.5遺傳算法的收斂性在遺傳算法的進(jìn)化過程中，如果把每一代群體看作一個狀態(tài)的話，則可以把整個進(jìn)化過程看作一個隨機(jī)過程來進(jìn)行考查，并可以用Markov鏈來對進(jìn)化過程進(jìn)行理論分析，從而得到遺傳算法收斂性方面的重要結(jié)論：（1）基本遺傳算法收斂于最優(yōu)解的概率小于1；（2）使用保留的最佳個體策略的遺傳算法能收斂于最優(yōu)解的概率為1；采用有限Markov鏈模型上述原理可以被證明。2.4用步驟遺傳算法的應(yīng)對于一個需要進(jìn)行優(yōu)化的實(shí)際問題，一般可按下述步驟構(gòu)造遺傳算法：第一步：確定決策變量及各種約束條件，即確定出個體的表現(xiàn)型X和問題的解空間；第二步：建立優(yōu)化模型，即確定出目標(biāo)函數(shù)的類型及數(shù)學(xué)描述形式或量化方法；第三步：確定表示可行解的染色體編碼方法，即確定出個體的基因型x及遺傳算法的搜索空間；第四步：確定解碼方法，即確定出由個體基因型x到個體表現(xiàn)型X的對應(yīng)關(guān)系或轉(zhuǎn)換方法；第五步：確定個體適應(yīng)度的量化評價(jià)方法，即確定出由目標(biāo)函數(shù)值到個體適應(yīng)度F(x)的轉(zhuǎn)換規(guī)則；第六步：設(shè)計(jì)遺傳算子，即確定選擇運(yùn)算、交叉運(yùn)算、變異運(yùn)算等遺傳算子的具體操作方法。第七步：確定遺傳算法的有關(guān)運(yùn)行參數(shù)，即M,G,Pc,Pm等參數(shù)。2.5基本遺傳算法的不足SGA是早期的遺傳算法，求解效率還不高，也就是在搜索的快速性、全局性方面還不能達(dá)到較好的效果，可從如下幾方面分析：1.早期收斂遺傳算法的過早收斂,是我們在用遺傳算法求解問題時(shí)，經(jīng)常遇到的現(xiàn)象。標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法不能收斂至全局最優(yōu)解，一些改進(jìn)的遺傳算法雖能收斂到全局最優(yōu)解，但所需時(shí)間很長，如何有效的防止遺傳算法過早收斂，而又有較快的求解速度，是有效的使用遺傳算法所應(yīng)達(dá)到的兩個目標(biāo)。一般說來,遺傳算法的過早收斂是由于群體的多樣性過低，次優(yōu)個體過早的控制了整個群體，新生的個體存活率低，這樣以來,反復(fù)在次優(yōu)個體的鄰域內(nèi)搜索，從而最終找不到全局最優(yōu)解，而群體的多樣性又跟選擇壓力有很大的關(guān)系，選擇壓力過大,群體群體內(nèi)重復(fù)的個體增多,群體的多樣性就會降低,但選擇壓力過小，雖然群體的多樣性高，但不能傾向于適應(yīng)度較好的個體，這時(shí)算法搜索效率極低，近似于盲目搜索。所以應(yīng)使選擇壓力和群體的多樣性保持一定的平衡。2.變異問題變異雖然可以使陷入某一超平面的個體得以解脫，但由于是隨機(jī)的，不能有效地保證這一問題的解決。3.微調(diào)能力差當(dāng)搜索到最優(yōu)解附近時(shí)，很難精確地確定最優(yōu)解的位置，也就是說，局部搜索不具備微調(diào)能力。4.GA參數(shù)的選擇問題如何選取GA的參數(shù)，如種群規(guī)模N、位串長度L等，目前還靠經(jīng)驗(yàn)來確定。5.模式（Schema）定理是SGA的理論基礎(chǔ)，但只適用于{0,1}二值編碼。第3章改進(jìn)的遺傳算法優(yōu)化PID控制器3.1PID控制器的結(jié)構(gòu)本文采用經(jīng)典增量式數(shù)字PID的控制算法，控制器每個采樣周期輸出的控制量，是相對于上一次控制量的增加 （3-4） （3-5）式中，，，分別為比例、積分、微分系數(shù)。增量式數(shù)字PID的優(yōu)點(diǎn)：1．增量的確定僅與最近幾次誤差采樣值有關(guān)，不會產(chǎn)生大的累加誤差；計(jì)算誤差或計(jì)算精度問題，對控制量的計(jì)算影響較小。2．得出的是控制量的增量，誤動作影響小，必要時(shí)可以通過邏輯判斷限制或禁止本次輸出，不會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工作。3．容易實(shí)現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。3.2改進(jìn)遺傳算法3.2.1參數(shù)編碼Srinvivas等人提出自適應(yīng)遺傳算法，即Pc和Pm能夠隨適應(yīng)度自動改變，當(dāng)種群的各個個體適應(yīng)度趨于一致或趨于局部最優(yōu)時(shí)，使二者增加，而當(dāng)種群適應(yīng)度比較分散時(shí)，使二者減小，同時(shí)對適應(yīng)值高于群體平均適應(yīng)值的個體，采用較低的PC和Pm，使性能優(yōu)良的個體進(jìn)入下一代，而低于平均適應(yīng)值的個體，采用較高的PC和Pm，使性能較差的個體被淘汰。本文將采用二進(jìn)制編碼，因?yàn)槎M(jìn)制編碼最易于實(shí)現(xiàn)遺傳操作。采用“串聯(lián)二進(jìn)制編碼”法，將這優(yōu)化的參數(shù)排成一排，作為一個個體。用二進(jìn)制編碼的基因與實(shí)際的參數(shù)值有以下的對應(yīng)關(guān)系： (3-1)其中，為待優(yōu)化的參數(shù)的實(shí)際范圍；n為各個參數(shù)所對應(yīng)的基因編碼的長度；y為二進(jìn)制基因所對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)值。3.2.2初始群體的產(chǎn)生為了增加初始群體的多樣性，有效地避免早熟現(xiàn)象地發(fā)生，引入了相似度的概念（兩個個體中在相對應(yīng)的位置上存在著相同的字符（基因）的數(shù)量定義為相似度R）。先隨機(jī)生成一個較大的群體，在群體中取大于適應(yīng)度平均值的個體進(jìn)行相似度判斷，當(dāng)相似度R超過個體長度的一半時(shí)，即認(rèn)為這兩個個體相似，然后濾除兩者中適應(yīng)度小的那個個體。圖2-2產(chǎn)生初試群體的程序流程圖相似度的判斷實(shí)際上是確定群體中的個體是否含有相同模式，剔除相似個體，選擇不同模式的個體組成新的群體，將這個新的群體作為遺傳操作的初始群體。在濾除相似個體后，當(dāng)剩余的個體數(shù)達(dá)不到設(shè)定的初始群體規(guī)模Size時(shí)，將濾除掉的個體按照適應(yīng)小排序，選取適應(yīng)度大的一些個體來補(bǔ)充初始群體的不足。產(chǎn)生初試群體的程序流程圖如2-2所示。3.2.3確定交叉概率和變異概率本文采用了一種動態(tài)確定交叉概率和變異概率的方法。交叉概率為： （3-2）變異概率為： （3-3）其中，為最大適應(yīng)度函數(shù)值，為平均適應(yīng)度函數(shù)值，為交叉?zhèn)€體中適應(yīng)度函數(shù)值較大的個體的適應(yīng)度函數(shù)值；為變異個體的適應(yīng)度函數(shù)值。由上式可以看出，適應(yīng)度函數(shù)值最大的個體的變異概率為0。這樣的話，對于適應(yīng)度函數(shù)值較大的個體的交叉和變異概率都較小，這樣就保護(hù)了優(yōu)良個體；對于適應(yīng)度函數(shù)值較小的個體的交叉和變異概率較大。3.2.4遺傳算子的改進(jìn)下面根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中的各個遺傳算子，包括：選擇算子、交叉算子和變異算子。選擇算子：選擇算子是遺傳算法用來對群體中個體進(jìn)行優(yōu)勝劣汰的操作。遺傳算法通過選擇算子確定如何將父代群體中的個體遺傳到下一代群體中去。選擇算子是建立在對個體適應(yīng)度評價(jià)的基礎(chǔ)上，通過選擇可以避免基因缺失，并提高全局收斂性和計(jì)算效率。常用的選擇算子有多種，但對于不同的問題應(yīng)選用一種甚至兩種最合適的選擇算子。在用遺傳算法優(yōu)化群體的過程中，通過對個體進(jìn)行交叉、變異等遺傳操作而不斷產(chǎn)生出新的個體。雖然隨著群體的進(jìn)化過程會產(chǎn)生出越來越多的優(yōu)良個體，但由于選擇、交叉和變異等操作的隨機(jī)性，它們也有可能會破壞掉當(dāng)前群體中適應(yīng)度最高的個體，這將會降低群體的平均適應(yīng)度，并且對遺傳算法的運(yùn)行效率、收斂性都有不利的影響。所以，我們希望適應(yīng)度最好的個體要盡可能的被保留到下一代中。為達(dá)到這個目的，可以使用最佳個體保留法來進(jìn)行優(yōu)勝劣汰操作，即當(dāng)前群體中適應(yīng)度最高的個體不參與交叉和變異運(yùn)算。一般認(rèn)為，帶有選擇、交叉和變異算子的標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法是不收斂的，而在標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法基礎(chǔ)上具有最優(yōu)保留特性的改進(jìn)遺傳算法則是全局收斂的。這里選用的選擇算子是確定式采樣選擇法和最佳個體保留法相結(jié)合的選擇方式。首先按確定式采樣選擇法執(zhí)行遺傳算法的選擇操作，然后將當(dāng)前群體中適應(yīng)度最高的個體結(jié)構(gòu)完整地復(fù)制到下一代群體中。通過最優(yōu)保留操作來保留進(jìn)化群體中迄今為止所發(fā)現(xiàn)的最優(yōu)解。最佳個體保留法是指群體中適應(yīng)度最大的個體不經(jīng)變異、交叉算子的處理而直接復(fù)制到下一代群體的選擇方法。Rudolph曾用齊次Markov鏈證明了使用保留最佳個體策略的遺傳算法能夠收斂于全局最優(yōu)解的概率為1。采用最佳個體保留法的主要優(yōu)點(diǎn)是能保證遺傳算法終止時(shí)得到的最后結(jié)果是歷代出現(xiàn)過的適應(yīng)度最高的個體。本文的交叉算子采用的是單點(diǎn)交叉。因?yàn)楸疚牟捎玫氖嵌M(jìn)制編碼，變異操作就是某個基因座上的基因值取反。3.3仿真結(jié)果分析在圖3-1中，曲線是采用改進(jìn)后的遺傳算法優(yōu)化后的PID串級控制系統(tǒng)的相應(yīng)曲線，這里取為：副調(diào)節(jié)器為比例調(diào)節(jié)器，Kp＝15優(yōu)化后的PID的參數(shù)為：Kp＝0.1584，Ki＝0.0220，Kd＝0。由于采用二進(jìn)制編碼，每個參數(shù)選擇的編碼長度為10位，若三個參數(shù)都優(yōu)化，運(yùn)行時(shí)間太長，為了加快運(yùn)行效率，這里只優(yōu)化Kp,Ki兩個參數(shù)，讓Kd=0。圖3-1用改進(jìn)后的遺傳算法優(yōu)化前后PID串級控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線從圖3-1中可以看出，系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差減小，減小了系統(tǒng)的振蕩次數(shù)，使系統(tǒng)很快趨于穩(wěn)定。說明用遺傳算法優(yōu)化后的PID控制器控制效果好，說明改進(jìn)后的遺傳算法起到了主要作用，證明了遺傳算法的有效性。個體評價(jià)方法：由于所求解的函數(shù)的值域總是非負(fù)的，并且優(yōu)化目標(biāo)是求目標(biāo)函數(shù)的最小值，故可將個體的適應(yīng)度直接取為對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值，即：F(x)=f(x1,x2)，將目標(biāo)函數(shù)的倒數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)：。圖3-2為采用改進(jìn)遺傳算法后目標(biāo)函數(shù)J的收斂曲線圖3-2采用改進(jìn)遺傳算法后目標(biāo)函數(shù)J的收斂曲線從圖3-2可以看出，收斂曲線很快達(dá)到一個穩(wěn)定的狀態(tài)，說明改進(jìn)后的遺傳算法有很好的尋優(yōu)效率。REF_Ref168484640\r\h錯誤！未找到引用源。REF_Ref168484646\h錯誤！未找到引用源。PAGE23結(jié)論本文介紹了遺傳算法基本概念和基本理論，對基本遺傳算法進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)主要集中在初試群體的產(chǎn)生、交叉概率與變異概率的確定等方面。對于主汽溫這樣的大慣性、大遲延、具有時(shí)變性、現(xiàn)場存在諸多干擾因素的被控對象，本文采用改進(jìn)的遺傳算法優(yōu)化PID控制器，仿真研究表明，與傳統(tǒng)PID控制器相比，用改進(jìn)的遺傳算法優(yōu)化后的PID控制器用于主汽溫控制時(shí)具有更優(yōu)的控制性能和更為滿意的控制效果，這也為主汽溫的控制提供了一種更有效的控制方式。由于時(shí)間倉促和本文作者水平有限，本文存在著很多的不足之處，有待今后做進(jìn)一步研究完善，例如，怎樣確定遺傳算法的運(yùn)行參數(shù)，即編碼長度，初始群體的大小，終止進(jìn)化的代數(shù)等，本文是在仿真過程中反復(fù)調(diào)整確定的，帶有一定的盲目性，另外，還需要對遺傳算法的其它方面做進(jìn)一步的改進(jìn)。謝辭經(jīng)過幾個月的努力奮斗，由于之前經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮周全嚴(yán)禁的地方，如果沒有@@老師的耐心的指導(dǎo)，以及同學(xué)們的幫助和支持，想要完成這個設(shè)計(jì)是非常困難的。在寫論文的過程中，得到了@@老師耐心的指導(dǎo)，認(rèn)真負(fù)責(zé)的監(jiān)督。從課題的選擇到資料的搜集整理以及論文的最終完成，@老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。除了敬佩王老師的專業(yè)水平外，她治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是值的我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向王老師致以崇高的敬意和衷心的感謝！大學(xué)三年來，我們能無憂無慮地學(xué)習(xí)生活，背后都是有父母的支持和鼓勵，所以我們更要感謝我們的父母，為了我們他們操碎了心。最后感謝帶領(lǐng)我們在知識海洋里遨游的老師們和無時(shí)無刻關(guān)心我的父母。參考文獻(xiàn)[1]馬平,朱燕飛,牛征.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主汽溫控制系統(tǒng).華北電力大學(xué)學(xué)報(bào),2001[2]李敏強(qiáng)，寇紀(jì)淞，林丹等.遺傳算法的基本理論與應(yīng)用.北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2002[3]羅萬金.電廠熱工過程自動調(diào)節(jié).北京：中國電力出版社.1991[4]于湘濤，劉紅軍，丁俊宏等.二自由度PID內(nèi)模主汽溫控制.華北電力大學(xué)學(xué)報(bào),2004[5]飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心.MATLAB輔助優(yōu)化計(jì)算與設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，2003[6]王小平，曹立明.遺傳算法：理論、應(yīng)用及軟件實(shí)現(xiàn).西安：西安交通大學(xué)出版社，2002[7]張恩勤.模糊控制與PID控制方法的比較.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),1999[8]聞新超，周琳霞.一種基于混合編碼的遺傳算法.電子技術(shù)，2003[9]史奎凡，陳月輝.提高遺傳算法收斂速度的方法.信息與控制，1998[10]周金榮.遺傳算法的改進(jìn)及其應(yīng)用研究、控制與決策，1995[11]張晶濤,王偉,曹方.一種智能控制方法在300MW機(jī)組主汽溫控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),1999[12]甘世紅,褚建新,顧偉.基于遺傳算法的模糊控制在電弧冶煉爐中的應(yīng)用.電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2004[13]楊獻(xiàn)勇.熱工過程自動控制.北京：清華大學(xué)出版社，2001，187～192[14]胡國四，韓生廉.遺傳算法適值函數(shù)定義方法的研究.控制與決策，1999[15]劉金琨.先進(jìn)PID控制及其MATLAB仿真.北京：電子工業(yè)出版社，2006[16]陳國良，孫樹棟.遺傳算法原理及應(yīng)用.北京：國防工業(yè)出版社，1999[17]胡壽松.自動控制原理第4版.北京：科學(xué)出版社，2001[18]樓順天，胡昌華，張偉等.基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)一模糊控制.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2001[19]陳國良，王煦法，莊鎮(zhèn)泉等.遺傳算法及其應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，1996[20]邵裕森.過程控制及儀表（修訂版）.上海：上海交通大學(xué)出版社，2007[21]陶永華，尹怡欣，葛蘆生.新型PID控制系統(tǒng)及其應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998[22]黃文梅，楊勇，熊桂林.系統(tǒng)分析與仿真-MATLAB語言應(yīng)用.長沙：國防科技大學(xué)出版社，1999[23]王群主編.電氣信息類專業(yè)英語.長沙：湖南大學(xué)出版社，2004[24]薛定宇著控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì):MATLAB語言與應(yīng)用（第2版）.北京：清華大學(xué)出版社，2006[25]徐安主編.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).北京：科學(xué)出版社，2004[26]宋曉燕，馬德庫，冬健峰等.過熱蒸汽溫度的自動調(diào)節(jié).自動化技術(shù)與應(yīng)附錄改進(jìn)的遺傳算法源程序%二進(jìn)制編碼遺傳優(yōu)化PID參數(shù)clearall;closeall;clc;globalrinyouttimefu1G=100;Size=30;CodeL=10;MinX(1)=0;MaxX(1)=0.4;MinX(2)=0;MaxX(2)=0.04;%用于增量式PID的優(yōu)化的參數(shù)范圍%MaxX(2)=0.004;E=round(rand(Size,2*CodeL));%編碼初始化%*************開始運(yùn)行************forkg=1:1:Gtime(kg)=kgfors=1:1:Sizem=E(s,:);BSJ=0;y1=0;y2=0;m1=m(1:1:CodeL);fori=1:1:CodeLy1=y1+m1(i)*2^(CodeL-i);endKpid(s,1)=(MaxX(1)-MinX(1))*y1/1023+MinX(1);m2=m(CodeL+1:1:2*CodeL);fori=1:1:CodeLy2=y2+m2(i)*2^(CodeL-i);endKpid(s,2)=(MaxX(2)-MinX(2))*y2/1023+MinX(2);%**********步驟1：計(jì)算目標(biāo)函數(shù)*************Kpidi=Kpid(s,:);[Kpidi,BSJ]=ycpidcs3(Kpidi,BSJ);BSJi(s)=BSJ;end[OderJi,IndexJi]=sort(BSJi);BestJ(kg)=OderJi(1);BJ=BestJ(kg);Ji=BSJi+1e-10;%防止除以零fi=1./Ji;[Oderfi,Indexfi]=sort(fi);%將fi從小到大排列Bestfi=Oderfi(Size);%讓Bestfi=max(fi);BestS=E(Indexfi(Size),:);%讓BestS=E(m),m是max(fi)的Indexfi%kg%BJ%BestS%************步驟2：選擇和復(fù)制操作*********fi_sum=sum(fi);fi_Size=(Oderfi/fi_sum)*Size;fi_S=floor(fi_Size);r=Size-sum(fi_S);Rest=fi_Size-fi_S;[RestValue,Index]=sort(Rest);%保證總個體數(shù)為Sizefori=Size:-1:Size-r+1fi_S(Index(i))=fi_S(Index(i))+1;endkk=0;fori=Size:-1:1forj=1:1:fi_S(i)kk=kk+1;TempE(kk,:)=E(Indexfi(i),:);endend%************步驟3：交叉處理**************%采用自適應(yīng)交叉概率％％％％％計(jì)算適應(yīng)度函數(shù)最大值和平均適應(yīng)度值fmax=Bestfi;favg=sum(fi)/Size;%％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％n=ceil(2*CodeL*rand);fori=1:2:(Size-1)%％％％％％％找出交叉?zhèn)€體的適應(yīng)度較大值iffi(i)>fi(i+1)f=fi(i);elsef=fi(i+1);end%％％％％％％％％計(jì)算交叉概率的公式,個體適應(yīng)度大于平均適應(yīng)度的，隨適應(yīng)度的增大，pc減小if(fmax-f)<(fmax-favg)pc=0.9*(fmax-f)/(fmax-favg);elsepc=0.9;endifkg>0.8*Gpc=pc-0.03;%接近收斂時(shí)，減小交叉概率endtemp=rand;ifpc>tempforj=n:1:2*CodeLTempE(i,j)=E(i+1,j);TempE(i+1,j)=E(i,j);endendendTempE(Size,:)=BestS;E=TempE;%***********步驟4：變異操作***********Pm=0.1-[1:1:Size]*(0.01)/Size;%fi越大，Pm越小fori=1:1:Sizeforj=1:1:2*CodeLtemp=rand;ifPm>tempifTempE(i,j)==0TempE(i,j)=1;elseTempE(i,j)=0;endendendend%保證最好的個體留下TempE(Size,:)=BestS;E=TempE;%***********************************************endBestfiBestSKpidiBest_J=BestJ(G)figure(1);plot(time,BestJ);xlabel('Times');ylabel('BestJ');figure(2);plot(timef,10*rin,'r',timef,yout,'b');xlabel('Time(s)');ylabel('rin,yout');figure(3);plot(timef,u1);xlabel('Time(s)');ylabel('u1');%***************返回PID控制器的參數(shù)**********%初始群體的產(chǎn)生%在群體中取大于適應(yīng)度平均值的個體進(jìn)行相似度判斷，%當(dāng)相似度R超過個體長度的一半時(shí)，即認(rèn)為這兩個個體相似。%相似度的判斷實(shí)際上是確定群體中個體是否含有相同模式，剔除相似個體，選擇不同模式的個體組成新的群體。functionE=popf(SIZE,CodeL,Size)e=round(rand(SIZE,2*CodeL));%編碼初始化fors=1:1:SIZEm=e(s,:);BSJ=0;Kpidi=dcodef(m,CodeL);[Kpidi,BSJ]=ycpidcs3(Kpidi,BSJ);%調(diào)用cjcsf.m函數(shù)，該函數(shù)通過計(jì)算串級控制系統(tǒng)的輸出來計(jì)算目標(biāo)函數(shù)BSJI(s)=BSJ;endfi=1./BSJI;%由目標(biāo)函數(shù)到適應(yīng)度函數(shù)的轉(zhuǎn)換[Oderfi,Indexfi]=sort(fi);%將fi從小到大排列fi_sum=sum(fi);f_avg=fi_sum/SIZE;gg=0;%適應(yīng)度大于平均適應(yīng)度的個體的數(shù)目fori=SIZE:-1:1ifOderfi(i)>f_avggg=gg+1;elsebreakendend%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%kk=0;%大于平均適應(yīng)度的個體保留下來的數(shù)目dd=0;%濾除掉的個體數(shù)fori=SIZE-gg+1:1:SIZE-1%大于平均適應(yīng)度的個體在sort(fi)中的序號biaozhi=0;forj=i+1:1:SIZEpp=0;%pp是兩個個體的相似度forg=1:1:2*CodeLife(Indexfi(i),g)==e(Indexfi(j),g)pp=pp+1;endendifpp>=0.6*(12*CodeL)biaozhi=1;%相似dd=dd+1;del(dd,:)=e(Indexfi(i),:);%濾除掉的個體的序號，個體為e(Indexfi(i),:)breakendendifbiaozhi==0%i中的個體和j中的已經(jīng)有相似的了，則跳出i循環(huán)kk=kk+1;remain(kk,:)=e(Indexfi(i),:);%保留下來的個體endend%適應(yīng)度最大的個體不用進(jìn)行適應(yīng)度判斷，肯定留下kk=kk+1;remain(kk,:)=e(Indexfi(SIZE),:);%適應(yīng)度最大的個體%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%s=0;if(SIZE-gg+kk)>=Size%濾除后的總個體數(shù)足夠時(shí)fori=1:1:kks=s+1;E(s,:)=remain(i,:);endfori=(SIZE-gg):-1:((SIZE-gg+1)-(Size-kk))s=s+1;E(s,:)=e(Indexfi(i),:);endelse%濾除后的個體總數(shù)不夠時(shí)fori=1:1:kks=s+1;E(s,:)=remain(i,:);endfori=1:1:(SIZE-gg)%把適應(yīng)度小于平均適應(yīng)度的全部復(fù)制s=s+1;E(s,:)=e(Indexfi(i),:);endfori=dd:-1:(dd+1-(Size-(SIZE-gg+kk)))s=s+1;E(s,:)=del(i,:);%按照刪除掉的個體的適應(yīng)度大小，依次補(bǔ)充不足的個體數(shù)endend外文資料翻譯TellthetimeasystemdesignaccordingtotheautooflistslicemachineAbstract：Especiallyappearandlivethechangeofbringingtherootformankindwiththelargescaleintegrationalongwiththequickdevelopmentofelectronicstechnique.Fromitislistslicethemachineistechnicalofappliedtheproducthasalreadywalkedintothousand10000.Theemergenceoftheelectronicstenthousandcalendarsbringspeople'slifeofmanyconveniences.AutomaticallytellthetimethesystemisusedofthesinglesliceofmachinechipisAT89C51chipses,inadditionstillinclude:DS1302chips,crystalflapelectriccircuitandresettheelectriccircuitcomposinglistslicemachine'sleastapplicationsystem,thereisalsoindependenttypekeyelectriccircuit,thedynamicstateshowsanelectriccircuitetc..Itnotonlycancarryoutvariousfunctionofnumberelectronicsclock,ifhavetocompare,adjust,infixedtime,alarmclocketc.function,andcanalsocarryoutthefunctionthatthefixed-pointtellsthetime.Keywords：MCU,Thesinglesliceofmachinemakesbellclock,code,segmentcode,showForeword:Actuallyandalwaystheclockcanprovidesecond,cent,,theday,week,monthandyeararesmallcanautomaticallyadjust,andhaveleapyearrepairfunctionwith31weathersforamonth.Thisdesignisstilladditionalthefixed-pointtellsthetimeoffunction,thusandfurthercompletedautomaticallyadesignoftellingthetimethesystem.Inbriefdescribedtheworkprincipleofhardwaresystemfirstinthetext,andattacheddiagramwiththedesignframeofthehardwaresystem,discussthisgraduationdesignconnectsthefunctionandworkprocessthatapeople'stechniqueandeachoneconnectapeoplemoldpiecevarioushardwareapplying,andconcretedescribedtocircumscribeelectriccircuittoconnectofsoft,thehardwareadjusttotry.Singlesliceofmachinetotaldesignwayofthinking(1)Designminimumhardwaresystemofasinglesliceofmachineofabilitynormalwork,theoutercircleelectriccircuitincludestoestablishakeyboard,themonitorofLCDorLED;(2)Carryonasoftwaredesign,makeuseofsinglesliceofmachinesystemtheclockdesigntheinternalclocksystemofhighaccuracyfirst,minimumandaccuratetimeisperiod1;(3)Designonsecondfoundationthatcountsamachinefora24hours,clock,anddesignsomeinfixedtimefunction;(4)Designadozenofbellsperformanceorganization,completeanautotobeatbellfunction.2.ThealternativeofhardwareAutomaticallytellthetimesystem,itneedstobewalkedaccurately,compare,adjust,infixedtime,thefixed-pointtellthetimeetc.,thereforewhatIchoseisoneAT89C51listslicemachinechip,thengotogetherwithwiththeDS12C887,keyelectriccircuit,crystalflapelectriccircuitandresetelectriccircuitandLEDdynamicstateofdisplay,cancarryout.Thekeyconnects,iscompletedbyP1.0,P1.1,P1.2andP1.3,fourfunctionsofkeysrespectivelyBE:OneisthefunctionkeyK1;OneisanumbertoadjustthekeyK2;OneiscanceltoestablishthekeyK3,usetoestablishtime;OneisK4keyses,usetoestablishinfixedtimetime.Seventypefigurestubesdrivemoldpiece,buzzertodriveamoldpieceandresetamoldpiece,keyboardmoldpieceandcrystaltoflaptoconcussanelectriccircuitmoldapiecefivepartstoconstitute.AndallpassAT89C51tocarryout.2.1seventypefigurestubesdriveamoldpieceAdoptadynamicstatescanningmethod,throughasetofsinglesliceofmachineportdrivetomergetogetherofLCDgiveoutlightatubeofoncarrying(totalYinortotalsuncarry),LCDgivesoutlightanotherfeetoftubetoconnecttouseanI/Oandcontrolitbrightputout.ThemethodcandrivemoreLCDandcontrolawaymorevivid,andeconomicallisttheresourcesoftheslicemachine.2.2buzzersdriveamoldpieceTheadoptionpresseselectricitytypebuzzerandpressesanelectricitytypebuzzertobemainlyflappedbymanyXiestoconcussamachineandpresstogiveorgetanelectricshockFengtoblareslice,resistancetomatchmachineandsympathybox,andoutershell...etc.toconstitute.ManyXiesflaptoconcussthemachineconstitutesto°fromthetransistorortheintegratedcircuit,whenafterconnectingthepower(1.5-15Vdirectcurrentworkelectricvoltage),manyXiesflaptoconcussmachinetoflapandoutputtheaudiofrequencysignalwith1.5~2.5khzs,theresistancematchesamachinepushtopresstogiveorgetanelectricshockFengtoblareasliceofphonation.2.2ResetamoldpieceListslicemachinewhileswitchingonormakeprocedurelosecontrolbecauseofinterferenceinthework,ortheprocedureintheworkisplacedinacertaindeadcirculatingstatusandallneedstoberesetinthiscase.ThefunctionofresettingisthebeginningthatmakesCPUCPUandotherfunctionpartsesallresumetoanassurancetostartstatus,andrestartaworkfromthisstatus.The89S51listslicemachineresetstodependanexternalelectriccircuitrealization,thesignalisledafeetimportationbyRESET(RST),GaoDianPingiseffective,whileflappingtoconcussamachinework,aslongaskeepingRSTtoleadfeettwomachineperiodsofGaoDianPing,singlesliceofmachinenamelyreset.Afterresetting,thePCprocedurecountsthecontentsofmachineas0000Hs,thecontentsisconstantinRAMinsidetheslice.Resettingelectriccircuittogenerallyhavetoupwirereply,moveaswitchtoresettingandautomaticallyresetelectriccircuitis3kindsof,thisadoptionhandmovestoresetaway.2.3KeyboardmoldpieceKeyboardstructure:Thekeyboardcanisdividedinto2types:independentconjunctiontypeanddeterminant(matrixtype),eachpressittranslateacodemethodandcanisdividedintocodeanddon'tcodetwo,hereuseanindependentconjunctiontypedon'tcodeakeyboard,theadvantageofthiskindofkeyboardstructureisthattheelectriccircuitissimple;Theweaknessistobekeytocountmore,takeupmoreI/Oline.2.4ThecrystalflapstoconcussanelectriccircuitmoldpieceThecrystalflapsthefunctionquartzcrystalofconcussingthemachinetoflaptoconcussamachinetoalsocallquartzcrystaltheXieflapsamachine,itusestothestablefrequencyandthechoicefrequency,being1kindcanreplacethecrystalXiethattheLCXieflapsabacktracktoflapacomponent,thisiscrystaltoflapthequartzthattheelectriccircuitchoosescrystalflapfrequencyto6Mhzs.Theclockperiodisasinglesliceofmachinetocircumscribecrystalflapofreciprocal,forexample12Msofcrystalflap,itstimetheperiodisa1/12us),isthemostbasicinthecalculator,minimumoftimeunit.3.Thedesignprojectofsoftware3.1Systemworkflow1.Theclockshows:LCDfromleftarriverightshowatatime,cent,second,adopttoaccountfor24hours.2.Thekeycontrolsfunction:Adopt4independentkeyboards,anamongthosearefunctionkeys;Oneisanumberadjustmentkey;Oneiscanceltoestablishkey,usetoestablishtime;OneisanALMkey,usetoestablishinfixedtimetime.3.Timeshows:Afterswitchingonelectricity,thesystemautomaticallygetsintoaclockconstitution,from00:00:When00beginningsaccount,cansetcurrenttimeatthistime.4.Theadjustmentoftime:Pressfunctionkey,systemsuggestedwhilestoppingaccounting,getintotimetosetstatus,systemthecontentsthatshowahour,restotherisplacedinwholedarkstatusesandwaitsforakeyconstitution.Atthistimepresstomoveahourwilladdafterthenumberadjustment'skey1,pressmovetocancelkeybehindagainbackagaintimeshowstatusafresh;Ifagainpressmovefunctionkeytothenusetoadjustminute,otherinhourandsecondindicateatthistimewholedark,canincreasetotheminuteafteradjustingkeyaccordingtothenumber1adjust,pressmovetocancelkeybehindagainbackagaintimeshowstatusafresh;Againpressmovefunctionkeytothenusetoadjustsecond,otherinhourandminuteindicateatthistimewholedark,secondshowscurrentnumber,thedarknumberadjustmentkeycancarryonincreasingtosecond1adjust,pressmovetocancelkeybehindandthenbackagaintimeshowsstatusafresh,pressmoveafterthefunctionkeysystemwillautofromsetbehindoftimeshowedwhilestartingaccounting.5.Alarmclockconstitution/theQimake:PressK4keyses,whenthesystemcontinuestoaccountbutshowto00:00:00,pressagaintomovefunctionkeyjuniorstoestablishstatusintothealarmclockatthistime,showafterestablishingprocessandtimetoadjustahomology,butfinallypressingthefunctionkeyassurancetimeinfixedtime30Ssbehindautomaticallystartalarmclockfunctioninfixedtime,andresumetimetoshow.Infixedtimetimearrives,thebuzzerafterblaringtocallthe1minautomaticallystopstomake,cansettleonceandneedtore-establishnexttimejustwhileestablishingeachtime.3.2ThelordprocedureprocessdesignsThelordprocedurebeginningstartstoturn,andopeninterruption,thencarryoutinterruptionserviceprocedure.Carryout24hourssystemelectricclock,8figurestubessuggest,centsecondshowsaformatwhileshowing:23-59-59(thehouristeniffor0don'tshow)toscheduletotimestartbuzzeremulationtobeatbell,buzzerBEEP:Use4keys,3keysarebeenusedtoadjusttime,anotheradjusttochoosekeySET_KEYforcompulsivedozenbellbutton:P1.0;PassingchoosesthatthekeychoosesanadjustmentandpicksoutaflickerincrementkeyADD_KEY:P1.1;Presstomaketopickouttoaddatatime1reducekeyDEC_KEY;P1.2;Presstomaketopickouttoreduceatatime1,ifislongtopressADD_KEYorDEC_KEY,whilebeingthencarryonadjustingafteridentifyingenterquickly,stopflickeratthistime.3.3KeyprocedureGetintokeyprocedure,doesthejudgmentincludekeytopress?Haveno,re-judgewhilethenadjustingtousetopostpone,ifarrive,trembleprocedurewhileadjustingtousetopostpone,againthejudgmenthaskeytopresstodeny,didn'tthenreturntopostponeaschedulepreface,ifhaveakey,thenjudgekey,heapinn,judgmentwhetherkeyreleases,haveno,continuetojudge,release,theninputkeytosendintotiredaddamachine,thenreturnlordprocedure.3.4ShowprocedureShowaprocedureadoptiondynamicstatesuggests,iscontroledthatfigurestubebythecodetosuggest,fromsegmentcodecontrolthefigurestubeshowwhatnumber,accordingtobreakofftheprocedureshowtimetochecksformtoshownumber,fromthefirstarrivethefourthpursuepointbright,atthesametimeeachtimeshow1tojudgefouratatimefinishshowinghaveno,haveneverfinishedshowingtocarryonshowingnext,showthatfinishingisfromthefirstagaincircularly.Endlanguage:ThisdesignisusedofthesinglesliceofmachinechipisAT89C51chipses,inadditionstillinclude:DS1302chips,crystalflapelectriccircuitandresettheelectriccircuitcomposinglistslicemachine'sleastapplicationsystem,thereisalsoindependenttypekeyelectriccircuit,thedynamicstateshowsanelectriccircuitetc..Itnotonlycancarryoutvariousfunctionofnumberelectronicsclock,ifhavetocompare,adjust,infixedtime,alarmclocketc.function,andcanalsocarryoutthefunctionthatthefixed-pointtellsthetime.Secondlyelaboratedtheprocessofprocedureandcarryoutprocess.Thisdesignistoeditcollectedmaterialslanguagebythebasiclanguageoflistslicemachinetocarryonasoftwaredesign,thedesignadoptionmoldpieceofsoftwareturnsstructureandmakethelogicofprogramdesignrelatetomoresimpleanddirectclear.Makethehardwaremoderateunderthecontrolofsoftwaretooperate.基于單片機(jī)的自動報(bào)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是隨大規(guī)模集成電路出現(xiàn)，給人類生活帶來了根本性的改變。由其是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)了千家萬戶。電子萬年歷的出現(xiàn)給人們的生活帶來的諸多方便。自動報(bào)時(shí)系統(tǒng)用到的單片機(jī)芯片是AT89C51芯片，除此之外還包括：DS1302芯片、晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，還有獨(dú)立式按鍵電路，動態(tài)顯示電路等等。它不僅能實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子時(shí)鐘的各種