D01:10.13374/i.issn1001-053x.2006.02.013 第28卷第2期 北京科技大学学报 Vol.28 No.2 2006年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2006 具有记忆与积分能力的双因子免疫控制器及 其特性的仿真研究 付冬梅郑德玲位耀光 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要提出了一种改进的双因子免疫反馈棋型.基于这种能够比较合理地描述特异免疫过程的 新的双因子免疫反馈模型，给出了一个双因子免疫控制器棋型.该控制器结构简单、易于实现.仿 真研究与分析表明，其具有一阶积分特性、对大滞后系统有良好的稳定能力、有记忆功能、参数调 节容易等特性 关键词免疫控制器；仿真；反馈模型；人工免疫 分类号TP18 近二三十年间在控制领域中新形成的分支大 伤因子在杀灭抗原的同时自身也将被生物体内其 多都是与其他学科领域交叉结合的结果，如计算 他因子清除掉.鉴于此，本文改进了文献[6]的双 机控制、模糊控制、神经网络控制、智能或仿生控 因子免疫反馈模型，并在此基础上设计了一个双 制等；另一方面控制领域专家积极学习其他学科 因子免疫控制器，最后分析了这种双因子免疫控 领域，特别是生物系统处理复杂问题时的方法或 制器的特性，并将其用于控制系统，取得了满意的 机理（如神经系统、免疫系统和脑系统等），为传统 控制效果 控制问题开发和研究新的更为有效的控制方法和 1双因子免疫反馈模型 策略， 免疫系统大致可以分为非特异性免疫和特异 特异性免疫是一个极其复杂的系统，目前在 性免疫两种.目前引起广泛关注的人工免疫系统 医学上并没有把免疫机理完全弄清楚，因此想用 主要集中在免疫机理的模仿上，特别是模仿特异 反馈模型的形式准确地描述其运作规律是不可能 性免疫系统的免疫机理方面12]，已经有人将采 的，就特异性免疫来说，其宏观上的机理模式大 用这种免疫机理用于控制系统的控制器设计方 致为：抗原侵入机体后，首先被识别因子（如AP℃ 面35) 等)识别，识别因子随即迅速大量繁殖并激活一系 文献[6]提出了一种基于识别因子和杀伤因 列的细胞因子，其中包括能够杀伤抗原的杀伤因 子的双因子免疫反馈模型.该模型是一个双线性 子（如T2等），活化的杀伤因子消灭抗原，抗原 模型，尽管在一定程度上描述了识别因子、杀伤因 减少后识别因子减少，杀伤因子也将减少从而保 子和抗原之间的相互关系，但还存在需要改进的 持机体的安全3与平衡.这一过程可用图1近似 地方，如医学知识已经证明识别因子识别抗原后 表示.图中①表示促进作用，⊙表示抑制作用. 将快速繁殖，文献[1]中在描述这一过程时认为识 其中虚线部分在建立双因子免疫模型时将被简化 别因子的增加率正比于识别因子与抗原相遇的几 考虑或不考虑. 率，这种描述更适合于表述识别因子的识别率. 设I(t),R(t),K(t)分别表示t时刻抗原 另外，文献[6]中杀伤因子的变化率取决于识别因 数量、识别因子数量、杀伤因子数量，又设抗原I 子的数量和杀伤因子的自然死亡，实际上杀伤因 (t)在机体内复制自己的速率为a>0,则在△t时 子的变化率还与被杀灭的抗原数量有关，因为杀 间间隔内抗原自我复制的数量为6]： 收精日期：2004-11-29修回日期：200503-31 △I,(t)=aI(t)△t (1) 基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金(No 与此同时，如果抗原与杀伤因子相遇，则抗原有可 20020008004):北京市重点学科共建项目 作者简介：付冬梅(1963一)，女，教投，硕士 能被消灭，其可能性与抗原和杀伤因子在单位时第 卷 第 期 ‘ 年 月 习七 京 科 技 大 学 学 报 吃 幼 。 。 具有记忆与积分能力的双因子免疫控制器及 其特性的仿真研究 付冬梅 郑德玲 位耀 光 北京科技大学信息工程学院 ， 北京 摘 要 提 出了一种改进 的双 因子免疫反馈模型 基于这种能够 比较合理地描述特异免疫过程的 新的双 因子免疫反馈模型 ， 给出了一个双 因子免疫控制器模型 该控制器结构简单 、 易于实现 仿 真研究与分析表 明 ， 其具有一 阶积分特性 、 对大滞后 系统有 良好 的稳定能力 、 有记忆功能 、 参数调 节容易等特性 关祖词 免疫控制器 仿真 反馈模型 人工免疫 分类号 近二三十年 间在控制领域 中新形成 的分支大 多都是与其他学 科领 域 交 叉 结合的结果 ， 如计算 机控制 、 模糊控制 、 神经 网络控制 、 智能或仿生控 制等 另一方面控 制领 域专家积 极 学 习其他学 科 领域 ， 特别是生物 系统 处理 复杂 问题 时 的方法 或 机理 如神经 系统 、 免疫 系统和脑 系统等 ， 为传统 控制 问题开发和研究新 的更为有效的控制方法和 策略 免疫系统大致 可以分为非特异性免疫和特异 性免疫两 种 目前引起广泛关注 的人工免疫 系统 主要 集中在免疫机理 的模仿上 ， 特别是 模仿特异 性免疫系统 的免 疫 机 理 方 面 ‘创 ， 已经 有 人 将采 用这种免疫 机 理 用 于 控 制 系统 的控 制 器 设 计 方 面 一 文献 【 提 出了一 种基 于识别 因子 和 杀伤因 子 的双 因子免疫反馈模型 该模型是 一个双 线性 模型 ， 尽管在一定程度上描述 了识别因子 、 杀伤 因 子和抗原之 间的相 互关 系 ， 但还 存 在需要 改进 的 地方 如 医学知识 已经证 明识别 因子识别抗原后 将快速繁殖 ， 文献 「 中在描述这一过程时认为识 别因子 的增加率正 比于识别 因子与抗原相遇 的几 率 ， 这 种 描述 更 适 合于 表 述识别 因子 的识 别率 另外 ， 文献 【 中杀伤因子的变化率取决于识别 因 子的数量和杀伤因子 的 自然死 亡 ， 实际 上 杀伤因 子的变化率还 与被杀灭 的抗原 数量有关 ， 因为 杀 伤因子在杀灭抗原 的同时 自身也将被 生物体 内其 他因子清除掉 鉴于此 ， 本文改进 了文献 【 的双 因子免疫反馈模型 ， 并 在此 基 础 上 设 计 了一 个双 因子免疫控制器 ， 最 后 分析 了这种双 因子 免 疫控 制器 的特性 ， 并将其用于控制系统 ， 取得 了满意 的 控制效果 收稿 日期 一 一 修回 期 一 一 荃金 项 目 高 等 学 校 博 士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 。 北京市重点学科共建项 目 作者简介 付冬梅 一 ， 女 ， 教授 ， 硕士 双因子免疫反馈模型 特异性免疫 是一个 极 其复杂 的系统 ， 目前 在 医学上并没有把 免疫机理 完全 弄清楚 ， 因此 想 用 反馈模型 的形式准确地描述其运作规律是不可能 的 就特异性 免疫来说 ， 其宏 观 上 的机 理 模 式大 致为 抗原侵入机体后 ， 首先被识别 因子 如 等 识别 ， 识别因子随即迅速大量繁殖并激活一 系 列的细胞 因子 ， 其 中包 括能够 杀伤抗 原 的 杀伤 因 子 如 等 ， 活 化 的杀伤 因子 消灭 抗原 ， 抗 原 减少后识别 因子 减 少 ， 杀伤 因子 也将减 少从而 保 持机体 的安全 与平衡 这一过 程 可用 图 近 似 表示 图 中① 表示 促 进 作 用 ， 表 示 抑 制 作用 其中虚线部分在建立双 因子免疫模型 时将被简化 考虑或不考虑 设 ， ， 分 别表 示 时刻 抗 原 数量 、 识别因子数量 、 杀伤 因子 数量 又设 抗原 在机体 内复制 自己 的速率为 。 ， 则 在 △ 时 间间隔 内抗原 自我复制 的数量为 △ △ 与此 同时 ， 如果抗原与杀伤因子相遇 ， 则抗原有可 能被 消灭 ， 其可 能性 与抗原 和 杀 伤 因子 在 单 位 时 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2006．02．043