改进遗传算法在电液伺服系统中的应用

2019年第3期【摘要】本文分析了遗传算法的计算过程，讨论了对电液伺服系统的控制理论，并对改进遗传算法对电液伺服系统中的应用进行了总结，通过仿真分析的方式得出改进遗传算法应用在电液伺服系统比标准遗传算法与常规PID控制方法得到的效果更好。

【关键词】改进；遗传算法；电液伺服系统电液伺服系统功率大、相应速度快，在工业控制领域中得到了广泛的应用。

但是电液伺服系统属于非线性系统的代表，时效性容易影响控制的进度，为了提高电液伺服系统的特征，改进控制进度问题，将改进遗传算法与PID控制方法进行结合，对伺服系统的运行状态进行控制，从而得到良好的控制效果。

一、遗传算法遗传算法是一种全局优化搜索算法，是模拟生物在特定的环境下进行遗传的过程，能够解决较为复杂的优化问题，寻优能力强，涉及领域广泛。

遗传算法的优化步骤为：对个体进行编码，从个体中反映出的最真实的值映射成编码的整个过程；按照设定好的模式随机产生原始数据；通过建立适应度函数度量群体中不同个体在优化计算中有可能获得的最优解的过程，适应度函数可以对个体的适应度进行度量，但是需要与优化的目标联系在一起，使个体之间的优势群体与劣势群体能够和总体的优化评价得以联系；选择遗传算法，对个体实行淘汰机制，使适应度较高的个体能够被遗传到下一代的个体中；随后采取交叉的方式使两个相互契合的染色体能够按照特定的方式交换基因，形成新的个体；变异是指将个体中的一些基因值用其他的基因进行替换，形成一个新的个体；将个体的遗传编码映射成最真实的状态，这个过程称之为个体解码。

二、电液伺服系统中的控制理论（一）PID控制PID控制适用于线性状态下最完整的控制方式，更是控制方法中的经典。

PID控制可以获取系统的误差，然后对其进行PID处理，P是放大、I是积分、D是微分，最后将三种运算结果进行控制输出。

（二）自适应控制自适应控制可以在不知道参数的情况下进行估算和修正控制，自校正控制适用于慢时变的控制对象，模糊参考自适应控制适用于参数突变或者是外力干扰的电液伺服系统中，电液伺服系统采用模糊参考自适应控制的方式较多。

自适应控制方法对被控系统的模型相对阶要求严格，如果相对阶或者模型的阶次不满足要求，电液伺服系统将无法达到理想的效果。

（三）模糊控制模糊控制理论是智能控制领域中具有较大影响力的一种控制方式，在工业领域中也得到了较为广泛的应用。

将模糊控制应用在蒸汽机或者锅炉的控制中，取得了比其他的控制方法更好的效果；将模糊控制应用在水泥窑的生产中，也能够取得较好的效果。

模糊逻辑能够解决原有控制方法中存在的不足，在解决非线性、不确定性的复杂控制问题时具有较好的优越性，并且在电液伺服系统中也得到了非常广泛的应用。

三、改进遗传算法在电液伺服系统中的应用（一）基于遗传算法的PID整定方法寻优的参数与编码的方案要明确，PID参数的范围要确定，按照一般的逻辑思维，在确定好PID参数的范围之后要确定编码的方案，关于遗传算法的编码方式有二进制编码与实数编码，需要根据实际的情况采用合适的编码方式；然后生成初始种群的个体，并对遗传代数进行选择，按照Z-N方法整定出PID参数的数值，然后根据数值生成原始的种群，根据寻优参数的实际情况确定遗传代数，按照遗传算法的效率找出最终的遗传代数；确定适应度函数是最重要的一个步骤，在进行搜索的过程中不需要其他的外部信息，只需要确定适应度函数即可，利用种群中的个体适应度进行搜索。

搜索的前提必须要先确定适应度函数的选取，因为适应度函数的数值会影响到是搜索的速度和最优解是否能够查找到。

确定适应度函数能能够确定目标函数，需要满足相关的要求，比如单值、连续等，为了能够获得较好的特定，采用误差绝对值作为最小的函数目标，同时为了防止控制能量过大需要在目标函数中加入控制输入的方法方可；对种群中的个体进行遗传操作，分别计算每一个种群中的个体适应度函数，然后进行遗传操作，直到完成最大的遗传代数，输出最终的目标值才可结束计算。

（二）电液伺服控制系统建模为了使用更宽的频率范围表示液压伺服阀的动态特性，可以采用传递函数表示电磁阀的性能。

电液伺服阀控液的压缸原理为：当伺服阀的柱塞发生移动后，阀芯也会随着伺服阀的柱塞进行移动，因为柱塞与阀芯是连接在一起的，阀芯移动后会打开节流口，压缸中的液压油会流入到液压缸中，然后驱动活塞进行运动。

负载的压力为液压缸进油腔的压力与液压缸回油腔的压力之差；负载的流量为流入液压缸进油腔的流量与液压缸回油腔流出的油量之和的一半。

液压缸活塞移动的方向是由伺服阀阀芯的移动方向来决定的，因为液压缸的工作腔容量不同，因此产生的压力差运动的差值也不同。

（三）电液伺服控制系统的仿真分析1.常规PID方法的系统仿真利用M ATLAB软件，根据电液伺服控制系统的模型，对常规PID控制方法进行仿真，仿真的结果为：电液伺服控制系统使用常规的PID控制方法进行调节后虽然减少了系统超调，但是效果并不理想，这也就说明常规的PID控制方法已经无法满足现有的电液伺服控制系统的使用要求。

2.改进遗传算法的PID控制系统仿真使用M ATLAB软件对电液伺服控制系统进行仿真，使用改进遗传算法PID、标准遗传算法PID、常规PID以及粒子群优化算法对其进行实验，仿真结果如图1所示，PID参数的最优值如表1所示，改进遗传算法PID控制方法可以提高系统的相应速度，使整个电液伺服控制系统保持较好的稳定性，数据也能够得到较好的准确性。

四、总结通过仿真结果可以得出，将改进遗传算法应用在电液伺服系统中，提高了系统的稳定时间与上升时间，保证了系统高的稳定性，并取得了良好的控制效果。

不需要提供准确的数学模型与控制参数就可以对系统进行有效的控制，在非线性控制领域中有较高的应用价值。

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计算机网络安全关系着计算机网络的科学使用，影响着计算机网络的良性发展。

然而当前阶段计算机网络安全问题颇多，提高计算机网络使用的安全属性重要且必要。

防火墙作为一项计算机网络安全技术，在维护计算机网络安全方面发挥着无可替代的作用，相关者应深入研究防火墙技术，充分发挥其效力，以确保计算机网络系统运行安全、稳定、可靠。

【关键词】计算机网络；计算机网络安全；防火墙技术；应用计算机网络的不断发展为信息技术变革创造了良好的条件，随着计算机网络的不断成熟化，计算机网络的社会普及率逐渐增长，不仅创新了资源共享的模式，也改变了人们的生产、生活模式。

随着计算机网络使用的不断普及，计算机网络安全问题不断暴露，诸如数据信息被破坏、盗取、篡改，计算机系统被恶意攻击等问题给社会带来了严重的经济损失。

全面了解计算机网络安全问题有益于相关人员从问题出发设计相应优化策略，提高计算机网络使用性能，推动计算机网络发展。

一、计算机网络安全问题分析当前阶段计算机网络环境比较复杂，影响计算机网络安全的因素较多，但从整体角度看来，有来自于如下三个方面的问题对计算机网络安全影响最为巨大：（一）数据威胁计算机网络运行无法脱离数据支撑，数据漏洞会导致计算机网络安全问题发生。

例如，不法之徒利用电脑病毒入侵他人的计算机网络系统，窥探他人的数据资料，篡改相关的数据信息或是影响他人网络系统正常运作，进而影响计算机网络安全。

（二）外力破坏外力破坏影响计算机网络安全主要是人为因素导致的计算机网络安全问题。

例如，不法之徒利用包含木马、病毒的网页、邮件攻击他人的计算机网络，而计算机网络使用者并没有较强的计算机网络安全意识，随意打开链接或是网页，因操作不当导致计算机网络瘫痪。

（三）环境影响环境影响导致计算机网络安全问题发生的主要原因是计算机网络具备共享性特点。

计算机网络环境比较复杂，不法之徒可以在网络环境中设置一定具备攻击性的内容，并借助用户计算机网络运用交互攻击其数据包，在获取信息资料后经由数据报将之传递至内网，实现窃取资料或是破坏系统的目的。

二、防火墙技术及其在计算机网络安全中的运用意义（一）防火墙技术防火墙技术的本质是网络防护和隔离技术，由相应的软、硬件组成。

防火墙能够为计算机网络打造安全的网络环境，避免计算机网络被恶意破坏或是攻击。

在防火墙运作过程中，防火墙可以根据已授权信息判断、筛选、过滤、甄别各类网络信息，选择性的允许信息通过。

正因为此，防火墙技术素有“安全检查站”之美誉。

防火墙的功能有四，分别是：判断屏蔽非法服务和用户、审计计算机系统的安全性、阻止外部网络窃取信息、强化安全策略管理网络访问。

与之相对，防火墙技术也主要也包括四种，分别是：过滤技术、代理技术、检测技术及协议技术。

其中，过滤技术是在防火墙特定位置，如网络系统TCP位置设置过滤服务，当此位置接收数据包之后，首先对之进行安全检查，一旦发现安全隐患，则阻止数据包传输。

代理技术是防火墙技术中具备典型特殊性的一种技术。

在计算机网络模块内，代理技术可以有效强化计算机网络安全控制的力度；在计算机的内网与外网之间，代理技术可以充当中转桥梁。

检测技术针对计算机网络整体运行状态，将外网传输数据包视为整体，并对其内容进行分析、汇总，利用数据状态判定、检测、分析等判定数据状态。

协议技术存在的最主要价值是防止Dos攻击，避免计算机网络因Dos攻击而陷入瘫痪状态。

值得一提的是，上述四大技术在防火墙发挥效力过程中发挥着至关重要的作用，但防火墙技术发挥自身效力并非仅有上述四大技术作为支撑，如防病毒技术（可以有效实现病毒预防、检测和消除，如在网站建设项目上使用防病毒技术控制网络信息交换，构建安全数据传输通道，防止第三方入侵等）、身份验证技术（即在信息传输之前构建以身份认证为条件的安全信息通道，屏蔽非法用户侵入，排除非法介入等）、加密技术（即在计算机网络发送消息之前执行信息加密行为，确保计算机网络信息处于密码保护状态）等也发挥了巨大的作用，各项防火墙技术相互协作，综合发挥效力，最终才实现了检查、处理计算机和网络信息交互，保护计算机网络安全的终极目的。

（二）在计算机网络安全中运用防火墙技术的意义首先，防火墙能够对计算机网络中运行的数据进行记录，可以为分析计算机网络提供原始数据资料，进而使计算机网络使用者了解计算机网络使用的安全隐患，并设计针对性的防范措施。