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