人工免疫控制器的设计及其控制效果的仿真

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2001.01.052 第26卷第4期 北京科技大学学报 Vol.26 No.4 2004年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2004 人工免疫控制器的设计及其控制效果的仿真 付冬梅 郑德玲位耀光周颖鞠磊 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要借鉴生物特异性免疫中T细胞、B细胞协同免疫机理，提出了一种免疫控制器，并将 免疫控制器与PD控制器在系统输出控制能力、抗干扰能力、对象参数变化的适应能力等方 面做了比较研究.结果表明这种免疫控制器较PD控制器性能优越. 关键词人工免疫系统；免疫控制器；智能控制；仿真 分类号TP18 目前已开展研究的生物系统中的信息处理 和先天免疫（如吞噬细胞），非特异性免疫的特点 系统部分可分为脑神经系统、遗传系统、免疫系 是不对病毒或抗原进行识别而直接杀伤它们：特 统三种类型，并引发了神经网络、进化计算、人 异性免疫则对入侵的抗原进行识别，通过免疫应 工免疫系统三种信息处理系统的研究，前两种已 答杀伤它们.在生物免疫系统中的非特异性免疫 被广泛地应用于各种领域人工免疫系统(Arif- 和特异性免疫是相辅相成的，形成互为补充协调 cial Immune System一AIS)由于其复杂性以及生物 的作用. 免疫本身的许多机理还不太清楚，所以起步较 免疫应答是由入侵的抗原Ag(Antigen)引发 晚，但因其独特的自我/非我识别机制、强自适应 的.抗原呈递细胞APC(Antigen Presenting Cel)摄 能力、记忆能力等特性，目前在国内外引起了广 取抗原并激活CD4+T细胞，在免疫应答初期， 泛的重视和研究高潮，期望能够找到解决实际工 CD4+T细胞活化辅助性Th细胞，活化的Th细胞 程和科学问题的新方法. 进一步诱导B细胞活化，而活化的B细胞产生抗 至今过程控制中所用的80%以上仍是纯PD 体Ab(Antibody)清除抗原；在免疫应答的后期， 调节器，若包括各种改进型，则超过90%m.尽管 CD4+T细胞能够活化抑制性Ts细胞，发挥负反 如此，对于PD控制器而言，静态与动态性能之 馈调节作用，恢复机体的免疫平衡，这其中抗原 间的矛盾，跟踪设定值与抑制扰动之间的矛盾， 对B细胞、APC对抑制性Ts细胞也有一定的刺激 鲁棒性与控制性能之间的矛盾等仍没能很好地 作用.生物免疫应答机理示意图如图1所示. 解决.本文提出一种基于人工免疫机理的免疫 Ab 控制器，并将免疫控制器与PD控制器在系统输 抗 出控制能力、抗干扰能力、对象参数变化的适应 B 能力等方面做了比较研究， Is(k) Th( 1免疫机理与免疫控制器 Th 生物免疫系统是一种在大量干扰和不确定 性的环境中都具有很强的鲁棒性和自适应性的 系统.免疫系统大致可以分为非特异性免疫和特 CD4+cells 异性免疫两种.非特异性免疫主要包括上皮组织 图1生物免疫应答机理示意图 收稿日期200309-23付冬梅女，40岁，教授 Fig.1 Sketch map of biological immune response mech- *高等学校博士学科点专项科研基金(No.20020008004) anism

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 几 恤 招 七 盯 恤 刁 人工免疫控制器 的设计及其控制效果 的仿真 付冬梅 郑德玲 位 耀光 周 颖 鞠 磊 北京 科技大学信息工 程学 院 ， 北 京 摘 要 借 鉴生物特异性 免疫 中 细 胞 、 细 胞 协 同 免疫 机 理 ， 提 出 了一 种 免疫控制 器 ， 并将 免疫 控 制 器与 控 制 器在 系统 输 出控 制 能 力 、 抗 干 扰能 力 、 对 象 参 数变化 的适应 能 力等方 面做 了 比 较研究 结 果 表 明这种 免疫控制器 较 控 制 器 性 能优越 关键词 人 工 免疫 系统 免疫控 制器 智 能控制 仿 真 分 类号 冲 目前 己 开 展 研 究 的 生 物 系 统 中 的 信 息 处 理 系统 部 分 可分 为脑 神 经 系 统 、 遗 传 系统 、 免疫 系 统 三 种 类 型‘，周 ， 并 引 发 了神 经 网 络 、 进化 计 算 、 人 工 免疫 系统 三 种 信 息处 理 系统 的研 究 ， 前 两种 已 被广 泛 地 应 用 于 各 种领 域 人 工 免 疫 系 统 一 由于 其 复杂性 以及 生物 免 疫 本 身 的许 多机 理 还 不 太 清 楚 ， 所 以起 步 较 晚 ， 但 因其 独 特 的 自我 非 我 识 别机制 、 强 自适应 能 力 、 记 忆 能 力 等 特 性 ， 目前 在 国 内外 引起 了广 泛 的重视 和 研 究 高潮 ， 期 望 能够 找到解 决 实 际 工 程 和 科 学 问题 的新 方 法 ‘川 至 今 过 程 控 制 中所 用 的 以上 仍 是 纯 调 节 器 ， 若 包 括 各 种 改进 型 ， 则 超 过 口， 尽 管 如 此 ， 对 于 控 制器 而 言 ， 静 态 与 动 态 性 能之 间 的矛 盾 ， 跟 踪 设 定 值 与 抑 制扰 动 之 间 的 矛盾 ， 鲁 棒 性 与 控 制 性 能 之 间 的 矛 盾 等 仍 没 能很 好 地 解 决， ， 本文 提 出一 种 基 于人 工 免 疫 机 理 的免 疫 控 制 器 ， 并将 免 疫 控 制 器 与 控 制 器 在 系 统 输 出控 制 能力 、 抗 干 扰 能力 、 对象 参 数 变 化 的适应 能 力等 方 面做 了 比较 研 究 和 先 天 免疫 如 吞 噬 细 胞 ， 非特异 性 免疫 的特 点 是 不对病 毒 或抗 原进行识 别 而直接杀伤 它们 特 异 性 免疫则 对 入 侵 的抗 原进 行 识 别 ， 通过 免疫应 答 杀伤 它们 在 生物 免疫 系统 中的非特异 性 免疫 和 特 异 性 免疫 是相 辅相 成 的 ， 形 成 互 为补 充协 调 的作 用 免疫 应 答 是 由入 侵 的抗 原 引发 的 抗 原呈 递 细 胞 妙 摄 取 抗 原 并激 活 细 胞 ， 在 免疫 应 答初 期 ， 细 胞 活 化 辅 助 性 细 胞 ， 活 化 的 细 胞 进 一 步诱 导 细 胞 活 化 ， 而 活 化 的 细 胞 产 生 抗 体 刀 清 除 抗 原 在 免疫 应 答 的后 期 ， 细 胞 能够 活 化 抑 制 性 细 胞 ， 发 挥 负 反 馈 调 节 作用 ， 恢 复机 体 的免疫平 衡 这 其 中抗 原 对 细 胞 、 ” 对 抑 制性 细 胞 也 有 一 定 的刺 激 作 用 生物 免疫 应 答机 理 示 意 图如 图 所 示 抗 原 免疫机 理 与 免疫控 制 器 生 物 免 疫 系 统 是 一 种 在 大 量 干 扰 和 不 确 定 性 的环 境 中都 具 有 很 强 的鲁 棒 性 和 自适 应 性 的 系统 免疫 系 统大 致 可 以分 为非特 异 性 免疫 和特 异 性 免疫 两种 非特 异 性 免疫 主 要 包 括 上 皮组 织 收稿 日期 刁 付冬 梅 女 ， 岁 ， 教 授 高等学校博士 学 科点 专 项科研基 金 图 生 物 免疫应 答机理示 惫 图 电 沙 概 卜 】 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．04．052

VoL26 No.4 付冬梅等：人工免疫控制器的设计及其控制效果的仿真 ·443· 免疫系统中辅助性Th细胞对抗体Ab有促 1.0r 进作用，而抑制性Ts细胞对抗体Ab有抑制作用， 0.9 故假设第k代抗体浓度由第k代辅助性Th细胞浓 0.8 0.7f 度和第k代抑制性Ts细胞浓度的差值决定： Ab(k)=Th(k)-Ts(k) (1) 0.5 为简单起见，这里暂且将图1中的两条虚线合并 0.4 到APC作用到CD4+Cells的实线中，并假设第k代 0.3 0.2 辅助性Th()细胞浓度由下式决定： 0.1 Th(k)=Ph(Ag(k)) (2) 0 其中，Ph()表示一种非线性关系.假设第k代抑制 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 性Ts()细胞浓度与第d代以前抗体浓度差 Ag(k) VAb(k-d有关，并由下式决定： 图2希尔函数曲线（归一化） Fig.2 Hele function curve VAb(k-d)=Ab(k-d)-Ab(k-d-1) (3) Ts(k)=(VAb(k-d)) (4) 将式(9a)和(9b)综合并简化，最终取(e()满 将(2)和(4)式代入(1)式中得： 足如图3中虚框I所示的非线性关系， Ab(k)=Ph(Ag(k))-f (VAb(k-d))= 给定值e() u(k) PH(AE (5) 测量 令 (Ag())=Ph(Ag())- 反馈 (6) 则 非线性 Ab(k)=Ph(Ag(k))-[1-(Ag(k))f (Ab(k-d))](7) f八)函数 若以控制系统中的偏差e()为抗原，以控制器输 出)为抗体，则式（⑦）可表示为： 图3免疫控制器结构示意图 uk)=Ph(e(k)-[1-(e(k)f(Vk-d](8) Fig.3 Configuration of the immune controller 式（⑧）中的Ph(e()可以根据所处理的控制系统特 式(8)中的f(口u(k-d)在一定程度上反应了 性而选择（如PD调节器等形式），限于篇幅并为 抑制性Ts(细胞浓度与抗体浓度差V(k-d)之 简单起见，本文仅以Ph(e(k)=K,进行讨论. 间的关系，根据文献[9]，本文取非线性函数 由式(2)和(6)可见((k)的选取在一定程度 f((k-d)为如下具有S型状的表达式： 上反应了辅助性Th()细胞浓度与抗原一偏差 rVAK&-=太ie-0时 (10) (k)之间的关系.根据文献[]的免疫应答理论模 式(10)的实现形式如图2中虚框Ⅱ所示. 型可知，辅助性Th()细胞浓度与抗原浓度Agk) 结合式(8)和(10)可以得到图3所示的免疫控 之间的关系满足希尔函数（这一关系也可用于描 制器，由图3可见，该免疫控制器是一个非线性 述免疫系统的其它调节过程)： 控制器，由一个死区非线性、一个饱和非线性、一 Ag(k) Th(K=(G+Ag阿 (9) 个S型非线性函数和一个乘法器组成，其结构并 其中，：表示域值常数，与抗原种类及辅助性细 不复杂，工程上容易实现. 胞Th的不同有关，式(9)描述的辅助性细胞浓度 Th()与抗原浓度Agk)的曲线形式如图2所示. 2免疫控制器控制效果的仿真 显然这是一个有死区的正$型曲线， 将免疫控制器应用于被控对象，形成如图4 在控制系统中，偏差()有正负变化，本文 将正偏差e(k)和负偏差e()视为两种不同的抗原 所示的控制系统.本文对图3所示的免疫控制器 一Ag,Ag,对应地存在两种辅助性细胞Th 从输出响应能力、抑制干扰能力、对象模型参数 漂移后控制的鲁棒性几方面进行了仿真研究，现 一Th,Th,其浓度分别表示为 (Ag(k)) 分述如下. Th'=Ag肉 (9a) 21输出控制能力 (Ag (k)) Th(=ag乎 (9b) 设被控对象模型为：

付冬梅 等 人 工 免疫控 制 器 的设 计 及 其控 制效果 的 仿真 ︸ 母 ︸ 」凡︶门 免 疫 系统 中辅助 性 细 胞 对 抗 体 有促 进 作用 ， 而抑 制性 细 胞对 抗 体 有抑 制作用 ， 故假 设 第 代抗 体浓 度 由第 代辅 助 性 细 胞 浓 度 和 第 代抑 制性 细 胞 浓 度 的差值 决 定 一 为简单起 见 ， 这 里 暂 且 将 图 中的两 条虚 线合 并 到 作用 到 祀 的实线 中 ， 并假 设第 代 辅助 性 细 胞 浓 度 由下 式 决 定 其 中 ， · 表示 一 种 非线性 关 系 假 设第 代抑 制 性 细 胞 浓 度 与 第 代 以 前 抗 体 浓 度 差 一的有 关 ， 并 由下 式 决 定 一 司 一的一 一 一 ‘ 不 一 刃 将 和 式代 入 式 中得 一厂 甲 一 曰曰‘ 二 达 二 图 希 尔 函 数 曲线 归一 化 将 式 和 综 合 并简化 ， 最 终取养 满 足 如 图 中虚 框 所 示 的非线 性 关 系 ，拼惴罗 ， 苏 一 ， 口 八 令则 · 【 一不 · 不 甲 一 司 〕 若 以控 制 系统 中 的偏 差 为抗 原 ， 以控 制 器输 出 为抗 体 ， 则 式 可表 示 为 · 一五 · 不 一 刃 〕 式 中 的 可 以根据 所 处 理 的控 制 系 统特 性 而 选 择 如 调 节器 等形 式 ， 限 于 篇 幅 并 为 简单起 见 ， 本 文 仅 以 凡 进 行 讨 论 由式 和 可 见不 的选 取 在 一 定程 度 上 反 应 了辅助 性 细 胞 浓度 与 抗 原－ 偏 差 之 间 的关 系 根 据 文 献 」的免疫 应 答 理 论模 型 可 知 ， 辅助 性 细 胞 浓 度 与抗 原 浓 度 之 间 的关 系满足 希 尔 函数 这 一 关系也可 用 于 描 述 免疫 系统 的其 它 调 节 过 程 图 免疫控制 器 结构 示 意 图 · 飞 加 二 欣岩珊 其 中 ， 夕 表 示域 值 常 数 ， 与 抗 原种 类 及 辅 助 性 细 胞 的不 同有 关 式 描 述 的辅 助 性 细 胞 浓 度 与 抗 原 浓度 的 曲线 形 式 如 图 所 示 ， 显 然 这 是 一 个有 死 区 的正 型 曲线 在控 制 系 统 中 ， 偏 差 有 正 负变 化 ， 本 文 将 正 偏 差 和 负偏 差 视 为 两 种 不 同 的抗 原 － ， 一 ， 对 应 地 存 在 两 种 辅 助 性 细 胞 － ， 一 ， 其浓 度 分别 表 示 为 式 中的不 一刃 在 一 定程 度 上 反应 了 抑 制 性 细 胞 浓 度 与 抗 体浓 度 差 勺 一 动 之 间 的 关 系 ， 根 据 文 献 ， 本 文 取 非 线 性 函 数 不 甲 一 的 为 如 下 具 有 型 状 的表 达 式 ， ， “ 一。 卜、 · 百攀丽一 · ， ‘ 式 的实现 形 式如 图 中虚 框 所 示 结合 式 和 可 以得 到 图 所 示 的免疫控 制 器 由图 可 见 ， 该 免疫 控 制 器 是 一 个 非线 性 控 制器 ， 由一 个死 区 非线性 、 一 个饱 和 非线性 、 一 个 型 非线 性 函数 和 一 个 乘法 器 组 成 ， 其 结构 并 不 复杂 ， 工 程 上 容 易 实现 一 邦豁 牙 一 一 都珊 砰 免疫控 制 器 控 制 效果 的 仿 真 将 免 疫控 制 器 应 用 于被 控 对 象 ， 形 成 如 图 所 示 的控 制系 统 本 文 对 图 所 示 的免疫 控 制器 从 输 出响应 能 力 、 抑 制 干 扰 能 力 、 对 象 模 型 参数 漂 移 后 控 制 的鲁 棒性 几 方 面进 行 了仿真研 究 ， 现 分 述 如 下 输 出控 制 能 力 设被控 对 象 模型 为

·444· 北京 科 技大学 学报 2004年第4期 rt) e() 4) ) 3.5 f(e,u) G(s) 3.0 1PD谓节：K,=13,T5,T1 免疫控制器 对象 2.5 2.0 子闭环输出响应：G0片+G-0 1.5 3免疫控制输出响应：K1-1,K21 死区值0,1，限幅值1 图4免疫控制系统示意图 1.0H Fig.4 Configuration of the immune control system 0.5 1 G6)=5+1s-0.9 (11) 0 01020304050607080 这是一个非最小相位模型，其闭环响应输出 t/s 曲线如图5中的曲线2，震荡较大.对其采用PD 图5定值跟踪性能仿真曲线 调节，PD模型取为： Fig.5 Simulation curves of fixed value tracking capability G)-K+i +Ts (12) 3.5 1PDi调节：K=13,T=5,T=1 3.0 经优化选择确定的PD调节参数分别取为图5所 2闭环输出响应：G+1G-0.可 2.51{ 示的参数.仿真结果表明：输出响应能够较快第 2.0 3免疫控制输出响应：K,=1,K=21, 达到稳态值，但超调和震荡仍然剧烈.采用图2 死区值0.1，限幅值1 1.5 所示的免疫调节器，并且控制系统的结构如图4 1.0 所示（未加干扰），免疫控制器中的参数如图5所 0.5 给定，此时系统的输出响应极其理想地快速达到 0 稳定状态. 0.5 2.2抗干扰能力 01020304050607080 如果在图4所示位置加入均值为0，取值范 t/s 围在[-0.1,0.1]的白噪声，对象参数不变，各控制 图6抗干扰性能仿真曲线 器参数也不变，其输出响应曲线如图6所示.仿 Fig.6 Simulation curves of anti-disturb capability 真结果表明免疫控制器在抑制外界干扰方面能 3.0 够起到较好的作用，对外界干扰可以起到一定的 2.51 平滑作用. 1pD调节：K,=13,T=5,T=1 23对象参数变化的适应能力 2.0L 3免疫控制输出响应：K=1,K2L, 为考察免疫控制器与PD控制器在对象参数 死区值0.1，限幅值1 发生变化时的适应能力和鲁棒能力，仿真时将对 1.51l 2闭环输出南应：0片g是0 象模型的放大系数增加了20%，即由1变为1.2， 1.0- 1A 然后在其他参数不变的条件下进行仿真（未加干 A 0.5 扰)，仿真结果如图7所示.显然免疫控制器的适 应能力和鲁棒能力更强，改变对型模型的极点参 0 数和时间常数参数也得到了同样的结果，限于篇 10 20304050607080 幅这里不再给出仿真曲线， t/s 图7对象参数变化适应性仿真曲线 2.4几点说明 Fig.7 Simulation curves of object parameter variance ad- (I)当控制系统的偏差()小于免疫控制器的 aptability 死区值时，免疫控制器不起作用，当控制系统的 偏差()大于免疫控制器的死区值时，免疫控制 应性免疫才起作用， 器才起作用.这一点相当于生物系统中当抗原浓 (2)仿真研究表明：在一定范围内增大免疫控 度小于一定程度时适应性免疫并不起作用，而用 制器参数K和K会增强免疫控制器的免疫能力， 机体的其他免疫机能提供保护作用（如上皮组织 有效抑制系统偏差的波动，提高系统的反应速度 和吞噬细胞等)，当抗原浓度大到一定程度时适 和响应能力：但是K过大会引起系统的过免疫

付冬梅 等 人 工 免疫控 制 器 的设 计 及 其控 制效果 的 仿真 ︸ 母 ︸ 」凡︶门 免 疫 系统 中辅助 性 细 胞 对 抗 体 有促 进 作用 ， 而抑 制性 细 胞对 抗 体 有抑 制作用 ， 故假 设 第 代抗 体浓 度 由第 代辅 助 性 细 胞 浓 度 和 第 代抑 制性 细 胞 浓 度 的差值 决 定 一 为简单起 见 ， 这 里 暂 且 将 图 中的两 条虚 线合 并 到 作用 到 祀 的实线 中 ， 并假 设第 代 辅助 性 细 胞 浓 度 由下 式 决 定 其 中 ， · 表示 一 种 非线性 关 系 假 设第 代抑 制 性 细 胞 浓 度 与 第 代 以 前 抗 体 浓 度 差 一的有 关 ， 并 由下 式 决 定 一 司 一的一 一 一 ‘ 不 一 刃 将 和 式代 入 式 中得 一厂 甲 一 曰曰‘ 二 达 二 图 希 尔 函 数 曲线 归一 化 将 式 和 综 合 并简化 ， 最 终取养 满 足 如 图 中虚 框 所 示 的非线 性 关 系 ，拼惴罗 ， 苏 一 ， 口 八 令则 · 【 一不 · 不 甲 一 司 〕 若 以控 制 系统 中 的偏 差 为抗 原 ， 以控 制 器输 出 为抗 体 ， 则 式 可表 示 为 · 一五 · 不 一 刃 〕 式 中 的 可 以根据 所 处 理 的控 制 系 统特 性 而 选 择 如 调 节器 等形 式 ， 限 于 篇 幅 并 为 简单起 见 ， 本 文 仅 以 凡 进 行 讨 论 由式 和 可 见不 的选 取 在 一 定程 度 上 反 应 了辅助 性 细 胞 浓度 与 抗 原－ 偏 差 之 间 的关 系 根 据 文 献 」的免疫 应 答 理 论模 型 可 知 ， 辅助 性 细 胞 浓 度 与抗 原 浓 度 之 间 的关 系满足 希 尔 函数 这 一 关系也可 用 于 描 述 免疫 系统 的其 它 调 节 过 程 图 免疫控制 器 结构 示 意 图 · 飞 加 二 欣岩珊 其 中 ， 夕 表 示域 值 常 数 ， 与 抗 原种 类 及 辅 助 性 细 胞 的不 同有 关 式 描 述 的辅 助 性 细 胞 浓 度 与 抗 原 浓度 的 曲线 形 式 如 图 所 示 ， 显 然 这 是 一 个有 死 区 的正 型 曲线 在控 制 系 统 中 ， 偏 差 有 正 负变 化 ， 本 文 将 正 偏 差 和 负偏 差 视 为 两 种 不 同 的抗 原 － ， 一 ， 对 应 地 存 在 两 种 辅 助 性 细 胞 － ， 一 ， 其浓 度 分别 表 示 为 式 中的不 一刃 在 一 定程 度 上 反应 了 抑 制 性 细 胞 浓 度 与 抗 体浓 度 差 勺 一 动 之 间 的 关 系 ， 根 据 文 献 ， 本 文 取 非 线 性 函 数 不 甲 一 的 为 如 下 具 有 型 状 的表 达 式 ， ， “ 一。 卜、 · 百攀丽一 · ， ‘ 式 的实现 形 式如 图 中虚 框 所 示 结合 式 和 可 以得 到 图 所 示 的免疫控 制 器 由图 可 见 ， 该 免疫 控 制 器 是 一 个 非线 性 控 制器 ， 由一 个死 区 非线性 、 一 个饱 和 非线性 、 一 个 型 非线 性 函数 和 一 个 乘法 器 组 成 ， 其 结构 并 不 复杂 ， 工 程 上 容 易 实现 一 邦豁 牙 一 一 都珊 砰 免疫控 制 器 控 制 效果 的 仿 真 将 免 疫控 制 器 应 用 于被 控 对 象 ， 形 成 如 图 所 示 的控 制系 统 本 文 对 图 所 示 的免疫 控 制器 从 输 出响应 能 力 、 抑 制 干 扰 能 力 、 对 象 模 型 参数 漂 移 后 控 制 的鲁 棒性 几 方 面进 行 了仿真研 究 ， 现 分 述 如 下 输 出控 制 能 力 设被控 对 象 模型 为

VoL26 No.4 付冬梅等：人工免疫控制器的设计及其控制效果的仿真 ·445· 造成控制系统过度敏感，免疫控制器和系统的输 参考文献 出都会在一稳定值附近不断上下波动，在本文的 1 Lydyard P M,Whelan A,Panger M W.Instant notes in im- 仿真示例中，当K,∈[1,42]和K2∈[1.5,2.4时免疫 munology [M).北京：科学出版社，2001 控制器的控制效果较好. 2肖人彬，王磊.人工免疫系统：原理、模型、分析及展 (3)本文提出的免疫控制器在本质上属于一 望[J)].计算机学报.2002,25(12)：1281 种自适应调节放大系数的自适应控制器，故由这 3郑德玲，梁瑞鑫，付冬梅，等.人工免疫系统及人工 种免疫控制器组成的控制系统其输出的稳态值 免疫算法在优化设计中的应用)，北京科技大学学 等于系统不加控制器时的稳态输出（若系统自身 报，2003,25(3)：284 4 Kawafuku M,Sasaki M,Takahashik.Adaptive learning 是稳定)，由于这种原因，在图5和图6的仿真曲 method of neural network controller using an immune fe- 线中，PD控制的输入信号的节跃幅值为1，原系 edback law [A].1999 IEEE/ASME Interational Confer- 统和免疫控制系统的输入信号的节跃幅值为 ence on Advanced Intelligent Mechanizations [C].Piscat- 0.1,以保证输出的稳态值都为1：在图7中，PD away:IEEE,1999.641 控制的输入信号的节跃幅值为1，原系统和免疫 5 Ishida Y,Adachi N.Active noise control by an immune al- 控制系统的输入信号的节跃幅值为0.25.这一点 gorithm:adaptation immune system as an evolution [A]. 表明这种免疫控制器在跟踪定值控制方面还有 Proc 1996 IEEE Int Conf on Evolutionary Computation 欠缺，需要进一步研究和改进. [C1.Nagoya,1996.150 6谈英姿，沈炯，吕震中，免疫PD控制器在汽温控制 3结论 系统中的应用研究).中国电机工程学报，2002,22 (10):148 免疫控制器是一种非线性自适应控制器.本 7苏玉鑫，段宝岩.一种新型非线性PD控制器[)控 文基于生物免疫机理设计了一种免疫控制器，并 制与决策.2003,18(1)：126 8 Wang Q G,Lee T H,Fung H W,et al.PID tuning for im- 对其控制效果进行了仿真研究.结果表明，这种 proved performance [J].IEEE Trans Control Syst Tech- 免疫控制器具有良好的控制能力、抗干扰能力和 nol,1999,7(4):457 鲁棒能力.该免疫控制器的结构较为简单，易于 9漆安慎，杜婵英.免疫系统的非线性模型M.上海： 实现， 上海科学技术出版社，1998.67 Design for Biological Immune Controllers and Simulation on Its Control Features FU Dongmei,ZHENG Deling,WEI Yaoguang,ZHOU Yin,JU Lei Information Engineering SchooL,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT Based on the mechanism of B-cell cooperating with T-cell exhibited in biological special immune, an immune controller was proposed.The control features of the immune controller and the PID controller were com- pared,especially in system output characteristics,anti-disturbance performance and system parameter variance ad- aptability.The result shows that the immune controller is better than the PID controller. KEY WORDS artificial immune system;immune controller;intelligence control;simulation

匕 付 冬梅 等 人工 免疫控制 器 的设计 及 其控制效 果 的仿真 “ 造 成控制 系统 过度 敏 感 ， 免疫控 制器 和 系 统 的输 出都会 在 一 稳 定值 附近 不 断上 下波 动 在 本 文 的 仿真示例 中 ， 当凡 【 ， 和凡 【 ， 时免疫 控 制器 的控制 效果较 好 本文提 出 的免 疫 控 制器 在 本 质 上 属 于 一 种 自适应 调 节放 大系数 的 自适 应控 制器 ， 故 由这 种 免疫 控 制 器 组 成 的控 制 系 统 其 输 出 的稳 态 值 等 于 系统 不加控 制器 时 的稳 态 输 出 若 系 统 自身 是稳 定 由于 这 种 原 因 ， 在 图 和 图 的仿 真 曲 线 中 ， 控 制 的输入 信 号 的节 跃 幅值 为 ， 原系 统 和 免 疫 控 制 系 统 的 输 入 信 号 的 节 跃 幅 值 为 ， 以保证 输 出 的稳 态 值 都 为 在 图 中 ， 控 制 的输入 信 号 的节 跃 幅值 为 ， 原 系 统 和 免疫 控 制系 统 的输入 信 号 的节 跃 幅值 为 这 一 点 表 明这 种 免 疫 控 制 器 在 跟 踪 定 值 控 制 方 面 还 有 欠 缺 ， 需要 进 一 步 研 究和 改进 参 考 文 献 结 论 免疫控 制器 是 一种 非 线性 自适 应 控 制 器 本 文基 于 生 物 免疫机 理 设计 了一种 免疫控制器 ， 并 对 其 控 制 效 果 进 行 了仿 真研 究 结 果 表 明 ， 这 种 免疫控制 器 具 有 良好 的控制 能力 、 抗 干 扰 能力和 鲁棒 能 力 该 免疫控 制 器 的结 构较 为简单 ， 易于 实现 勿 城 认币 ， 北 京 科 学 出版 社 ， 肖人 彬 ， 王 磊 人 工 免疫 系统 原理 、 模型 、 分析及 展 望 计 算机 学报 ， 郑 德 玲 ， 梁 瑞 鑫 ， 付 冬梅 ， 等 人 工 免疫 系统及 人 工 免 疫算法在优 化设 计 中的应 用 明 北 京科 技大学 学 报 ， ， ， ， 几 吐 』 ， ， 们。 幻 田下 礼 谈英姿 ， 沈炯 ， 吕震 中 免疫 控 制器在汽温控 制 系统 中的应用 研 究 阴 中 国 电机 工 程学报 ， ， 苏玉 鑫 ， 段 宝 岩 一种 新 型 非线性 控制器 控 制 与决策 ， 舀 ， ， ， 如 明 ， ， 漆安慎 ， 杜掸 英 免疫 系统 的非线性 模型 〔 上 海 上 海科 学技术 出版社 ， 幻。 尸 口” 阴， ， 限酣 物口圳 ， 行 万， 了 ， ， ， 助 一 一 幻。 ， 们 、 血 奴犷 口们。 ， ， 幼 一 ” 即切 力