第一篇：遺傳算法的機(jī)器人控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計作用論文

摘要:遺傳算法作為一種建立在自然界生命進(jìn)化機(jī)制基礎(chǔ)上的一種搜索優(yōu)化方法，在機(jī)器人控制領(lǐng)域中有著十分重要的應(yīng)用意義，通過分析遺傳算法概念、原理及優(yōu)點，并不斷找出機(jī)器人控制領(lǐng)域的應(yīng)用方法，為未來機(jī)器人控制發(fā)展指明方向.關(guān)鍵詞:遺傳算法;機(jī)器人;控制系統(tǒng);設(shè)計研究

遺傳算法是一種借鑒了自然界中生物自身進(jìn)化機(jī)制與發(fā)展機(jī)制的隨機(jī)化搜索算法，其將適者生存這一概念深入應(yīng)用到算法結(jié)構(gòu)中，整體采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，并在鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)之間進(jìn)行有機(jī)的隨機(jī)信息交換，隨著算法的不斷運(yùn)行，優(yōu)秀的品質(zhì)得以保留，于此相關(guān)的優(yōu)秀個體，得以進(jìn)一步的發(fā)展。遺傳算法在機(jī)器人控制領(lǐng)域有著十分重要的應(yīng)用意義，能夠不斷優(yōu)化對機(jī)器人的控制方法，使得機(jī)器人在智能成長方面產(chǎn)生獨特優(yōu)勢。

1遺傳算法優(yōu)點

遺傳算法有著諸多優(yōu)點，與其他算法相比，主要分為以下幾個方面。首先，遺傳算法在求解過程中操作對象，是由參數(shù)編碼形成的染色體串，而不是一般算法作用的參數(shù)本身，遺傳算法不受問題的性質(zhì)限制，能夠直接對對象所聯(lián)系的染色體串概念進(jìn)行操作，對于集合、隊列、樹、圖等結(jié)構(gòu)有著更加直觀方便的觀察，因此，遺傳算法可以有著十分廣泛的應(yīng)用。遺傳算法在解決問題時，是從空間中的一群點開始進(jìn)行操作，其可以對空間中一部分區(qū)域進(jìn)行分析總結(jié)，并生成群體進(jìn)化序列，這樣能夠有效防止在搜索過程中出現(xiàn)局部最優(yōu)解的情況，能夠最大程度的顧全全局。另外遺傳算法中的概率轉(zhuǎn)變規(guī)則，也使得其在進(jìn)行空間信息搜索時，能夠有效利用概率來指導(dǎo)搜索方向，相比于傳統(tǒng)算法搜索來說有著更高的搜索效率。遺傳算法在使用過程中有著隱含的并行性特點，其在進(jìn)行問題搜索解決時，能夠運(yùn)用較少的串來檢驗較大數(shù)量區(qū)域的整體特性，這使得遺傳算法能夠更方便、更簡單的使用并行機(jī)制來進(jìn)行高速運(yùn)算，對于一般的計算機(jī)運(yùn)算芯片來說，有效的提高運(yùn)算效率。傳統(tǒng)算法使用并不存在這一優(yōu)勢，另外遺傳算法對于問題依賴性十分小，遺傳算法方法主要是使用問題的適應(yīng)度函數(shù)值這一信息來源進(jìn)行問題答案求解，與其他算法相比，并不需要輔助信息的幫助。如果問題函數(shù)值中并不包含所需具體信息，遺傳算法也可以在其他方面找到所需的適應(yīng)度函數(shù)值，進(jìn)而獲得問題的進(jìn)一步求解。整體來說，遺傳算法與其他算法相比，更適合進(jìn)行大規(guī)模復(fù)雜問題的優(yōu)化求解。

2遺傳算法控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法

用遺傳算法進(jìn)行問題解決，一般步驟是表示問題、選擇巡游參數(shù)編碼方式、產(chǎn)生群體、計算適應(yīng)度函數(shù)值、選擇、復(fù)制、交叉、變異、終止。在這一整個過程中，都參考了達(dá)爾文進(jìn)化論中的自然選擇生物循環(huán)機(jī)制，并且將待優(yōu)化的問題，通過空間映射為生物染色體的方法來使得遺傳算法能夠隨機(jī)產(chǎn)生若干代表優(yōu)化問題候選解的群體，并按照特定的環(huán)境深度對各個群體進(jìn)行評估，最終選擇優(yōu)秀的能夠繼承適應(yīng)的個體進(jìn)行向下傳遞，實現(xiàn)進(jìn)化。最終獲得特定環(huán)境下的問題最優(yōu)解。通過這方面可以了解到，在進(jìn)行機(jī)器人控制中對于機(jī)器人控制的以下幾個方面有著很好的優(yōu)化指導(dǎo)作用。

2.1機(jī)器人步態(tài)優(yōu)化

機(jī)器人的步態(tài)控制是一個有著諸多變量，強(qiáng)耦合、非線性的復(fù)雜力學(xué)系統(tǒng)，在機(jī)器人動態(tài)步行設(shè)計過程中，如何對其平衡性以及步伐控制進(jìn)行設(shè)計，有著十分繁瑣的分析，傳統(tǒng)的方法進(jìn)行步行控制設(shè)計，往往需要依賴設(shè)計者的主觀經(jīng)驗和直覺，新型化的模型也使得其結(jié)果并非最優(yōu)。即使一部分算法滿足了步行設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，但限制了機(jī)器人在不同環(huán)境下的步行能力，用遺傳算法。在一定約束條件下，諸如限制其步行速度和步幅，進(jìn)而建立合適的適應(yīng)度函數(shù)，將機(jī)器人的走路問題轉(zhuǎn)化為參數(shù)搜索問題，融合遺傳算法中的隱含并行性，進(jìn)行非線性的問題解決，最終得到不同約束條件下的最優(yōu)行走方法。

2.2機(jī)器人關(guān)節(jié)空間運(yùn)動優(yōu)化

機(jī)器人關(guān)節(jié)空間自由運(yùn)動規(guī)劃是一個有著巨大挑戰(zhàn)性的問題，其主要表現(xiàn)在兩個方面，一是需要借助通用的方法來處理諸多運(yùn)動學(xué)力學(xué)的約束問題，另外它需要使用高效算法在十分復(fù)雜且龐大的空間結(jié)構(gòu)中，構(gòu)建自由軌跡，來保證機(jī)器人運(yùn)動的準(zhǔn)確、穩(wěn)定。雖然在機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動在控制研究過程中，有學(xué)者使用最優(yōu)控制理論解決一些問題，但自由控制理論并不能解決高度耦合、高度非線性的機(jī)器人動力學(xué)模型，使得結(jié)果雖然是最優(yōu)解，但并非最適合實際情況。在遺傳算法下的，處理大規(guī)模運(yùn)動力學(xué)和控制約束問題，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的性質(zhì)，并且龐大的復(fù)雜軌跡空間中非線性的檢索方法，也能夠盡可能的找出最優(yōu)的運(yùn)動軌跡，保證軌跡連續(xù)、速度連續(xù)。

2.3多機(jī)器人路徑協(xié)調(diào)

多機(jī)器人協(xié)同工作是未來機(jī)器人控制中的重要方面，機(jī)器人路徑規(guī)劃是指在一定工作空間內(nèi)為機(jī)器人，實現(xiàn)不同任務(wù)所提供的高效安全的運(yùn)動路徑，在實際應(yīng)用過程中，每個機(jī)器人都需要有特定的準(zhǔn)確路徑，通常使用原則是提醒人所行走的路徑長度最短，消耗能量最少，使用時間最多，以往的算法提出可視圖人工勢場等等能夠在一定程度上解決機(jī)器人路徑協(xié)調(diào)問題，但容易使得部分機(jī)器人停滯不前，全球上降低了機(jī)器人的工作效率。應(yīng)用遺傳算法來調(diào)整路徑點要通過，事先規(guī)劃好的工作空間路徑點鏈接圖進(jìn)行建模，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用遺傳算法調(diào)整路徑節(jié)點，進(jìn)而一步一步得到較優(yōu)的行走路徑，逐層傳遞的非線性二進(jìn)制路線編碼機(jī)器人在行走時能夠逐步的解決路線問題，更好的符合現(xiàn)實中機(jī)器人錄像協(xié)調(diào)問題規(guī)劃需要。

3結(jié)語

遺傳算法充分考慮自然界生物自身行為進(jìn)化方式的諸多內(nèi)容，所以在進(jìn)行機(jī)器人控制時，對于機(jī)器人的行為控制也能夠?qū)⑵渑c自然界生物行為相聯(lián)系，從某些方面使其更適應(yīng)實際情況當(dāng)中的問題解決。遺傳算法對于機(jī)器人控制設(shè)計，只要能夠更好的解決多機(jī)器人路徑，協(xié)調(diào)機(jī)器人自身運(yùn)動協(xié)調(diào)等等方面的問題，通過深入分析遺傳算法，未來機(jī)器人控制還會有著更為長遠(yuǎn)的應(yīng)用空間。遺傳算法在諸多方面都有著自身所特有的優(yōu)勢，盡管在一些方面其并不適合直接的數(shù)學(xué)方法分析，但對于邏輯行為的指導(dǎo)有著巨大的帶動意義，尤其是在機(jī)器人行為控制上，能夠推動工業(yè)機(jī)器人的功能性。

參考文獻(xiàn)

[1]丁度坤,謝存禧,張鐵,蔣賢海.遺傳算法在工業(yè)機(jī)器人控制中應(yīng)用研究[J].機(jī)械設(shè)計與制造,2009(03):13-16.[2]吳婷,張禮兵.基于自適應(yīng)遺傳算法自優(yōu)化的機(jī)器人控制策略[J].自動化與儀器儀表,2015(06):30-32.

第二篇：機(jī)器人設(shè)計論文

綠化植樹機(jī)器人設(shè)計

摘要：

這個機(jī)器人是針對大量綠色植樹而設(shè)計的，利用機(jī)械四足作為其活動方式，機(jī)器人通過視頻識別系統(tǒng)在有限范圍內(nèi)對地形與植被作出判斷，然后通過自動行走系統(tǒng)移動到目標(biāo)地點前面，再通過機(jī)械手取出攜帶的植物幼苗，通過這個可以360度旋轉(zhuǎn)的機(jī)械臂進(jìn)行種植工作，機(jī)械臂可以進(jìn)行種植、培土、等工作。種植完成后還將用一層可分解的塑料薄膜覆蓋植物幼苗，保證其在能夠自行成長前的安全。

關(guān)鍵詞：

綠化植樹、四足行走、山坡作業(yè)、視頻識別、機(jī)械臂操作

設(shè)計背景：

地球現(xiàn)在正面臨著綠色植被在不斷減少的危機(jī)，而人類也因為這樣要面對日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題。大量植樹還原綠色植被是一個相當(dāng)重要的手段來解決這個難題，但是依靠人力去做的話，效率始終不夠高。所以在這里我想設(shè)計一個專門用于大作業(yè)量的綠化植樹機(jī)器人。

設(shè)計思路：

這個機(jī)器人，是需要面對山坡這樣的陡峭地形的，由于特殊的使用環(huán)境，機(jī)器人的活動方式要求能夠靈活的應(yīng)對顛簸不平的土地，機(jī)械四足需要能夠根據(jù)不同的地勢調(diào)整四足的高度，確保平穩(wěn)的行走，這種活動方式才能使機(jī)器人輕松到達(dá)山崖大部分位置。移動起來必須十分的輕巧，以避免對其他植物的傷害。由于這個機(jī)器人對視頻識別有著較高的要求，所以必須在這方面有所突破，同時當(dāng)發(fā)現(xiàn)有雜草或者有害植物的時候，還可以通過高溫蒸汽將其殺死，來保證種植的植物幼苗的生長。360度旋轉(zhuǎn)的機(jī)械臂可以保證種植過程的順利進(jìn)行。

詳細(xì)具體設(shè)計方案：

一． 整體結(jié)構(gòu)：

1.整個機(jī)器人分成上下兩大部分，上部分是機(jī)械手臂，主要實現(xiàn)機(jī)器人的整個種植操作，下部是機(jī)器人的機(jī)身和四足，包括：植物幼苗存放倉、紅外線距離測量儀、攝像頭、電腦處理系統(tǒng)。

2.機(jī)器人是通過電力驅(qū)動的，所以必須攜帶儲電池，也是安裝在機(jī)身。二． 中央處理系統(tǒng)：

機(jī)器人的機(jī)身將安裝一個中央處理系統(tǒng)，作為機(jī)器人的大腦，它主要調(diào)節(jié)機(jī)器人三大系統(tǒng)：機(jī)械四足行走系統(tǒng)、機(jī)器人視覺系統(tǒng)、機(jī)械臂控制系統(tǒng)。中央處理系統(tǒng)要接收和分析紅外線距離測量儀、攝像頭、機(jī)械臂傳感器等反饋信息，以及控制四足的行進(jìn)系統(tǒng)、機(jī)械臂操作等。三． 機(jī)械四足行走系統(tǒng)： 1.機(jī)械四足的形狀：

一開始的時候，我曾經(jīng)很困惑于如何把握行走穩(wěn)定與行走速度之間的平衡，后來設(shè)想出仿人類四肢的關(guān)節(jié)加上圓形的腳盤這個方案，總體感覺可以滿足行走的需要。2.如何實現(xiàn)行進(jìn)：

參考了機(jī)械小狗的設(shè)計，將機(jī)械四足連接在機(jī)器人的中央處理系統(tǒng)而成為一個整體，接受中央處理系統(tǒng)的控制。每次改變一個機(jī)械足的位置，實現(xiàn)整個機(jī)器人的行

走。

3.如何保持位置穩(wěn)定：

在機(jī)器人機(jī)身安裝有3個紅外線距離探測器，當(dāng)機(jī)器人識別到了目標(biāo)之后，三個探測器同時從3個方向測量其與目標(biāo)的實時距離，這樣就可以確定機(jī)器人和目標(biāo)的相對三維位置。確定了相對位置之后，將數(shù)據(jù)傳送給中央處理系統(tǒng)。再次調(diào)節(jié)四足關(guān)節(jié)處的角度以及腳盤關(guān)節(jié)處的角度，讓機(jī)器人可以平穩(wěn)的站立。四． 機(jī)器人視覺系統(tǒng)：

1.識別原理：

當(dāng)機(jī)器從人移動到距離目標(biāo)五米范圍內(nèi)，就開始識別目標(biāo)的過程了。負(fù)責(zé)識別目標(biāo)地點的攝像頭就安裝在機(jī)身上。

識別的工作原理是根據(jù)環(huán)境顏色和形狀的不同作判斷，再通過視頻攝像和經(jīng)過中央處理系統(tǒng)程序計算識別出來的。2.攝像頭要求：

由于工作需要，攝像頭的視角范圍必須足夠大。因此攝像頭的形狀設(shè)計為圓球形，好像眼球一樣可以轉(zhuǎn)動。

五． 機(jī)械臂夾持系統(tǒng)：

當(dāng)目標(biāo)已經(jīng)識別出來之后就應(yīng)該開始收集工作了。這個機(jī)器人的收集垃圾的工作是通過外夾式機(jī)械臂來完成的。1.手指類型：結(jié)合課堂知識，機(jī)械臂的手指類型選擇是由被握持物件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)的不同而決定的。由于這個機(jī)器人針對的目標(biāo)是裝有植物幼苗的器皿，因此機(jī)械手指的設(shè)計采用針對圓柱形物件的特殊中空手指，你也可以說沒有手指，可以直接將圓柱狀的幼苗器皿卡住，種入泥土中。另外內(nèi)面將采用柔性材料鑲襯橡膠來增加摩擦力。

2.驅(qū)動裝置：采用直流伺服電機(jī)驅(qū)動機(jī)械臂的各個關(guān)節(jié)。3.除草系統(tǒng)：通過識別系統(tǒng)識別出雜草或者有害植物的時候，還可以通過手臂中的高溫蒸汽將其殺死，來保證種植的植物幼苗的生長。

六． 植物幼苗存放倉：

植物幼苗存放倉將安裝在機(jī)器人機(jī)身上部，以輕型塑料制作，為倉盒狀，可以有透明的材料遮擋惡劣的天氣環(huán)境。倉的下部安裝有平衡測試儀器，防止裝幼苗的時候由于重心變化而導(dǎo)致機(jī)身傾斜。七． 可能遇到的實際問題：

這只是一個機(jī)器人的理論設(shè)計而已，我也想到了一些實際上可能遇到的問題，比如：具體的行走效率有多高？遇到坡度太大的地形，如何保證安全的攀登上去？機(jī)器人是采用電力驅(qū)動的，但電池的體積和質(zhì)量都不能太大，如何可以保證電力的持久供給？

簡易設(shè)計圖：

第三篇：過程控制系統(tǒng)論文

過程控制系統(tǒng)的發(fā)展史

“過程控制”是現(xiàn)代工業(yè)自動化的一個重要領(lǐng)域.隨著各類生產(chǎn)工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)提高,生產(chǎn)過程的連續(xù)化、大型化不斷強(qiáng)化，隨著對過程內(nèi)在規(guī)律的進(jìn)一步了解，以及儀表、計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，生產(chǎn)過程控制技術(shù)獲得了更大的進(jìn)展?！哆^程控制系統(tǒng)》是過程控制自動化及相關(guān)專業(yè)的一門主要專業(yè)課程。過程控制系統(tǒng)可分為常規(guī)儀表過程控制系統(tǒng)與計算機(jī)過程控制系統(tǒng)兩大類。前者在生產(chǎn)過程自動化中應(yīng)用最早，已有六十余年的發(fā)展歷史，后者是自20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的以計算機(jī)為核心的控制系統(tǒng)。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，過程控制已經(jīng)經(jīng)歷了四個階段。

1.基地式控制階段(初級階段)

20世紀(jì)50年代,生產(chǎn)過程自動化主要是憑生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，局限于一般的控制元件及機(jī)電式控制儀器,采用比較笨重的基地式儀表(如自力式溫度控制器,就地式液位控制器等),實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備就地分散的局部自動控制。在設(shè)備與設(shè)備之間或同一設(shè)備中的不同控制 系統(tǒng)之間，沒有或很少有聯(lián)系，其功能往往局限于單回路控制。過程控制的目的主要是幾種熱工參數(shù)(如溫度，壓力，流量及液位)的定值控制，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量的穩(wěn)定。時至今日,這類控制系統(tǒng)仍沒有被淘汰，而且還有了新的發(fā)展，但所占的比重大為減小。

2.單元組合儀表自動化階段

20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了單元組合儀表組成的控制系統(tǒng),單元組合儀表有電動和氣動兩大類。所謂單元組合,就是把自動控制系統(tǒng)儀表按功能分成若干單元，依據(jù)實際控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，因此單元組合儀表使用方便，靈活。單元組合儀表之間用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的信號聯(lián)系，氣動儀表(QDZ系列)為20~100kPa氣壓信號，電動儀表為0~10mA直流電流信號(DDZ—Ⅱ系列）和4～20mA直流電流信號（DDZ—Ⅲ系列）。由于電流信號便于遠(yuǎn)距離傳送，因而實現(xiàn)了集中監(jiān)控與集中操縱控制系統(tǒng),對提高設(shè)備效率和強(qiáng)化生產(chǎn)過程有所促進(jìn)，使用那個了工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備日益大型化與連續(xù)化發(fā)展的需要。隨著儀表工業(yè)的迅速發(fā)展,對過程控制對象特性的認(rèn)識，對儀表及控制系統(tǒng)的設(shè)計計算方法等都有了較大的進(jìn)步。但從設(shè)計構(gòu)思來看，過程控制仍處于各控制系統(tǒng)互不關(guān)聯(lián)或關(guān)聯(lián)甚少的定值控制范疇,只是控制的品質(zhì)有了較大的提高。單元組合儀表已延續(xù)了幾十年,目前國內(nèi)還廣泛應(yīng)用。由單元組合儀表組成的控制系統(tǒng),其控制策略主要是PID控制和常用的復(fù)雜控制系統(tǒng)(如串級、均勻、比值、前饋、分程和選擇性控制等）。

3.計算機(jī)控制的初級階段

20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了計算機(jī)控制系統(tǒng)，最初是直接數(shù)字控制(DDC)實現(xiàn)集中控制，代替常規(guī)的控制儀表。但由于集中控制的固有缺陷,未能普及與推廣就被集散控制系統(tǒng)(DCS)所替代。DCS在硬件上將控制回路分散化，數(shù)據(jù)顯示，實時監(jiān)督等功能集中化，有利于安全平穩(wěn)的生產(chǎn)。就控制策略而言，DCS仍以簡單的PID控制為主,再加上一些復(fù)雜的控制算法,并沒有充分發(fā)揮計算機(jī)的功能。

4.綜合自動化階段

20世紀(jì) 80年代以后出現(xiàn)了二級優(yōu)化控制 ,在DCS的基礎(chǔ)上實現(xiàn)先進(jìn)控制和優(yōu)化控制。在硬件上采用上位機(jī)和DCS(或電動單元組合儀表)相結(jié)合，構(gòu)成二級計算機(jī)優(yōu)化控制。隨著計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，DCS出現(xiàn)了開放式系統(tǒng),實現(xiàn)多層次計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的管控一體化系統(tǒng)(CIPS)。同時，以現(xiàn)場總線為標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)以微處理器為基礎(chǔ)的現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)之間進(jìn)行全數(shù)字化,雙向和多站通信的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(FCS)。FCS將對控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)帶來革命性變革 ,開辟控制系統(tǒng)的新紀(jì)元。

當(dāng)前自動控制系統(tǒng)發(fā)展的主要特點是:生產(chǎn)裝置實施先進(jìn)控制成為發(fā)展主流;過程優(yōu)化受到普遍關(guān)注;傳統(tǒng)的DCS正在走向國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的開放式系統(tǒng);綜合自動化系統(tǒng)(CIPS)是發(fā)展方向。

綜合自動化系統(tǒng)，就是包括生產(chǎn)計劃和調(diào)度,操作優(yōu)化,先進(jìn)控制和基層控制等內(nèi)容的遞階控制系統(tǒng)，亦稱管理控制一體化系統(tǒng)(簡稱管控一體化系統(tǒng))。這類自動化系統(tǒng)是靠計算機(jī)和及其網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的,因此也稱為計算機(jī)集成過程系統(tǒng)(CIPS)。這里,“計算機(jī)集成”指出了它的組成特征，“過程系統(tǒng)”指明了它的工作對象,正好與計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)相對應(yīng),有人也稱之為過程工業(yè)的CIMS。

可以認(rèn)為，綜合自動化是當(dāng)代工業(yè)自動化的主要潮流。它以整體優(yōu)化為目標(biāo),以計算機(jī)為主要技術(shù)工具，以生產(chǎn)過程的管理和控制的自動化為主要內(nèi)容,將各個自動化 “孤島”綜合集成為一個整體的系統(tǒng)。近二十幾年來，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的迅猛發(fā)展，加劇了對人類生存環(huán)境的污染，因此,減小工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的影響也已納入了過程控制的目標(biāo)范圍,綜上所述,過程控制的主要目標(biāo)有保障生產(chǎn)過程的安全和平穩(wěn),達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)量和質(zhì)量，盡可能減少原材料和能源消耗,把生產(chǎn)對環(huán)境的危害降低到最小程度。由此可見，生產(chǎn)過程自動化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低消耗、降低成本、改善勞動條件、促進(jìn)文明生產(chǎn)、保證生產(chǎn)安全和提高勞動生產(chǎn)率的重要手段，是20世紀(jì)科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步的特征，是工業(yè)現(xiàn)代化的標(biāo)志之一。

以上為過程控制系統(tǒng)的歷史，現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展方向。

電專111班

孟陽

120114303113

第四篇：計算機(jī)控制系統(tǒng)論文

計算機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用

xx（沈陽工業(yè)大學(xué) 研究生學(xué)院，遼寧省 沈陽市110000）

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們越來越多的用計算機(jī)來實現(xiàn)控制。近年來，計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測與傳感器技術(shù)、CRT顯示技術(shù)、通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，給計算機(jī)控制技術(shù)帶來了巨大的發(fā)展，因此，設(shè)計一個性能良好的計算機(jī)控制系統(tǒng)是非常重要的。計算機(jī)控制系統(tǒng)包括硬件、軟件和控制算法3個方面，一個完整的設(shè)計還需要考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，使系統(tǒng)能長期有效地運(yùn)行。本文的主要目的就是在淺析計算機(jī)控制技術(shù)原理的同時，對計算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢進(jìn)行描述。關(guān)鍵詞：計算機(jī)控制技術(shù)；原理；應(yīng)用

中圖分類號：TP29

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：

The application of computer control technology

xxxxx(Shenyang University of Technology Shenyang 110000)

Abstract: with the development of science and technology, more and more people use computer to realize control.In recent years, computer technology, automatic control technology, measurement and sensor technology, the CRT display technology, communication and network technology and the rapid development of modern microelectronics technology, computer control technology on the development, therefore, to design a good performance of the computer control system is very important.Computer control system includes three aspects: hardware, software and control algorithm, a complete design also need to consider the anti-jamming performance of the system, the system can run effectively for a long time.The main purpose of this article is on the principle of computer control technology of shallow at the same time, the development trend of computer control system is described.Key words: computer control technology;The principle;application

1.計算機(jī)控制系統(tǒng)組成

計算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計算機(jī)控制系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。而一個完整的計算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)由下列幾部分組成：被控對象、主機(jī)、外部設(shè)備、外圍設(shè)備、自動化儀表和軟件系統(tǒng)。1.1硬件部分

計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成將自動控制系統(tǒng)中的控制器的功能用計算機(jī)來實現(xiàn)，就組成了典型的計算機(jī)控制系統(tǒng)。計算機(jī)控制系統(tǒng)由計算機(jī)(工業(yè)控制機(jī))和生產(chǎn)過程兩大部分組成。工業(yè)控制機(jī)是指按生產(chǎn)過程控制的特點和要求而設(shè)計的計算機(jī)，它包括硬件和軟件兩部分。生產(chǎn)過程包括被控對象、測量變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣開關(guān)等裝置。1.2 軟件部分

軟件系統(tǒng)是控制機(jī)不可缺少的重要組成部分。只有在適當(dāng)?shù)能浖到y(tǒng)支持下，控制視才能按設(shè)計的要求正常地工作?？刂茩C(jī)的軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)

用軟件兩大類。系統(tǒng)軟件是用于計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的各種資源管理、信息處理相對 外進(jìn)行聯(lián)系及提供服務(wù)的軟件。例如操作系統(tǒng)、監(jiān)控程序、語言加工系統(tǒng)和診斷 程序等。應(yīng)用軟件是用來使被控對象正常運(yùn)行的控制程序、控制策略及其相應(yīng)的 服務(wù)程序。例如過程監(jiān)視程序、過程控制程序和公用服務(wù)程序等。應(yīng)用軟件是在 系統(tǒng)軟件的支持下編制完成的，它隨被控對象的特性和控制要求不同而異。通常 應(yīng)用軟件由用戶根據(jù)需要自行開發(fā)。隨著計算機(jī)過程控制技術(shù)的日趨成熟，應(yīng)用 軟件正向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的方向發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)的基本控制模塊由制造廠家提供給用 戶，用戶只需根據(jù)控制的要求，經(jīng)過簡單的組態(tài)過程即可生成滿足具體要求的專 用應(yīng)用軟件，大大方便了用戶，縮短了應(yīng)用軟件的開發(fā)周期。提高了應(yīng)用軟件的 可靠性。

2.計算機(jī)控制系統(tǒng)的特點

（1）結(jié)構(gòu)上：計算機(jī)控制系統(tǒng)中除測量裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等常用的模擬部件之外，其執(zhí)行控制功能的核心部件是數(shù)字計算機(jī)，所以計算機(jī)控制系統(tǒng)是模擬和數(shù)字部 件的混合系統(tǒng)。

（2）計算機(jī)控制系統(tǒng)中除仍有連續(xù)模擬信號之外，還有離散模擬、離散數(shù)字等 多種信號形式。

（3）由于計算機(jī)控制系統(tǒng)中除了包含連續(xù)信號外，還包含有數(shù)字信號，從而使 計算機(jī)控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)在本質(zhì)上有許多不同，需采用專門的理論來分析 和設(shè)計。

（4）計算機(jī)控制系統(tǒng)中，修改一個控制規(guī)律，只需修改軟件，便于實現(xiàn)復(fù)雜的 控制規(guī)律和對控制方案進(jìn)行在線修改，使系統(tǒng)具有很大靈活性和適應(yīng)性。

（5）計算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于計算機(jī)具有高速的運(yùn)算能力，一個控制器（控制 計算機(jī)）經(jīng)?？梢圆捎梅謺r控制的方式而同時控制多個回路。

（6）采用計算機(jī)控制，如分級計算機(jī)控制、離散控制系統(tǒng)、微機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，便于 實現(xiàn)控制與管理一體化，使工業(yè)企業(yè)的自動化程度進(jìn)一步提高。

3.計算機(jī)控制系統(tǒng)的控制過程

（1）實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置的被控量的瞬時值進(jìn)行檢測和輸入。

（2）實時控制決策：對采集到的被控量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，并按已定的控制 規(guī)律決定進(jìn)一步的的控制過程。

（3）實時控制：根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任 務(wù)。

4.計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計過程

計算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計過程計算機(jī)控制體系的軟件和硬件的組織構(gòu)造是根 據(jù)它聯(lián)系的設(shè)備不一樣，有所改變的，他們的組織結(jié)構(gòu)大致是一樣地，可以涉及 到系統(tǒng)設(shè)計，控制任務(wù)，軟件設(shè)計等。4.1系統(tǒng)方案設(shè)計

我們依據(jù)體系設(shè)計任務(wù)書進(jìn)行總體方案設(shè)計，對體系的軟件，硬件它們的構(gòu) 造再考察它的要求，推算出合適它的的系統(tǒng)，組成一個新的系統(tǒng)。再時間很緊張 的時候可以拿現(xiàn)場的配件組合，再設(shè)計費用不到位的時候工作人員可以組織自己 設(shè)計的模式，但是要注意化風(fēng)好軟件和硬件的價格及時間，控制體系結(jié)構(gòu)它的概括微型的處理器、存儲器、選擇好接線口、傳感器、硬件的設(shè)計與調(diào)試的基本內(nèi)容。4.2控制任務(wù)

我們要對超控設(shè)備進(jìn)行調(diào)研，研究，了解工作程序是再體系設(shè)計1前應(yīng)該做好的事，只有理解了它的要求，理解了它要接收的任務(wù)，涵蓋體系的終極目標(biāo)，數(shù)據(jù)流量還有準(zhǔn)確度，現(xiàn)場的要求，時間的控制，我們要嚴(yán)格按照計劃說明操控，實現(xiàn)整個系統(tǒng)操作。4.3軟件設(shè)計 計算機(jī)軟件的設(shè)計要依據(jù)體系規(guī)劃的總意見，確定體系下所要完成的各種功能及完成這些系統(tǒng)性能的推理和時差序關(guān)系，并用合理組成部件表格畫出來。他們是根據(jù)體系組成表格不同的功能，分別規(guī)劃出相應(yīng)的控制體系所需要的軟件。例如仿真的量輸入和仿真量輸出及數(shù)據(jù)處理還有互聯(lián)和打字版處理格式等。每一種表格都可以單獨進(jìn)行實驗調(diào)試，各種表格分別實驗調(diào)試好以后，再按工作路線圖推理和時間順序關(guān)系將他們正確組合、互相連接、實驗和調(diào)試。

4.4現(xiàn)場安裝調(diào)試

首先要按設(shè)計計劃合理組裝裝，對體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行大體的演練和比較準(zhǔn)確的演練，結(jié)合演練的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)重置體系的置和儲存數(shù)據(jù)進(jìn)行軟硬件的調(diào)試，他們的構(gòu)件組成都可以在演練數(shù)據(jù)下用對演練數(shù)據(jù)進(jìn)行試研的辦法同時進(jìn)行，同時他們要進(jìn)行統(tǒng)一的實驗及推理，仿真物體是這個體系驗證的最基本要求，而好的體系的數(shù)據(jù)調(diào)整實試要在現(xiàn)場進(jìn)行。

5.計算機(jī)控制技術(shù)在自動化生產(chǎn)線上的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)器手臂的自動化的沖壓生產(chǎn)線運(yùn)行循環(huán)路線可以簡單概括為：上下料機(jī)構(gòu)板材沖壓。鋼板物料的傳送、線頭板料清洗涂油、鋼板板物料料位置校正、第一臺壓床沖壓、下料機(jī)器手臂提取物料、壓床再次沖壓、依設(shè)計流程傳到下一個工序、機(jī)器人收取物料并裁剪、把它輸送到下一臺壓床、下一臺機(jī)器人接著提取物料、把物料放到輸送裝置上，工人開始按規(guī)定型號堆積板材。用工業(yè)機(jī)器人的自動化的生產(chǎn)線，會更加符合現(xiàn)再經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求及技術(shù)方面的創(chuàng)新。機(jī)器人手自動的化生產(chǎn)線適用于現(xiàn)在大規(guī)模的生產(chǎn)的各個行業(yè)，也適合已有生產(chǎn)線實現(xiàn)全自動的業(yè)再次更新，工程機(jī)器人自動的生產(chǎn)線通過改變不同的軟件，它可應(yīng)用于很多車型生產(chǎn)，它的可控制性能很好，工業(yè)機(jī)器人體系組成包括上下料結(jié)構(gòu)、清洗涂油機(jī)體系對各種型號的沖床兼上下料體系、物料輸送體系。各個分體系連接間的電氣化操控是按照統(tǒng)一操做控制和刪減控制的原則，他們再不同附件的操控系統(tǒng)中，他們是應(yīng)用了機(jī)械與構(gòu)建操控的很有代表性的一個組成，他們每個級別都應(yīng)用不一樣的互聯(lián)網(wǎng)工程和軟硬件控制，以達(dá)到不同的設(shè)計效果實現(xiàn)自動化。各部分操控體系采用具有現(xiàn)場總線形式的PtC操控方法，他有獨立操控和智能操控的特點。為確?？刂企w系正常運(yùn)轉(zhuǎn)，我們在車間總的線路全部采用西門子Proflbus總線及di數(shù)字化的局域計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分布式包交換技術(shù)體系。每個監(jiān)督控制結(jié)構(gòu)的PiC之間及PiC與上～個機(jī)械間的聯(lián)系全部采用了現(xiàn)代化的集成板的局域電腦互聯(lián)網(wǎng)的分布式包交換技術(shù)，供監(jiān)控體系相互聯(lián)系時應(yīng)用。沖床機(jī)的運(yùn)動中樞應(yīng)連接Ethetnet csrd與機(jī)器人的操控體系聯(lián)網(wǎng)，操控體系與工業(yè)機(jī)器人的聯(lián)系方式是通過Proflbus．DP的總路線連接的他們實現(xiàn)了信息的互換和連接。連接體系采用了HMI SIEMENS的觸摸技術(shù)，在每一個可操控的部件上都放置一個顯示屏，它應(yīng)用了Proflbus的數(shù)據(jù)連接。各個部件都安裝了信息指示燈和緊急開關(guān)，屏幕可看到系統(tǒng)信息及顯示錯誤出現(xiàn)在那里，與這個設(shè)備有聯(lián)系的的i＼O 信號在HMi上顯示，他們以紅燈和黃燈區(qū)分。系統(tǒng)如果發(fā)現(xiàn)哪里有情況，將會鳴笛警報，顯示屏上將會出現(xiàn)問題出現(xiàn)在那里，以便維修人員查找。這個體系還有演練數(shù)字場景的能力，在磨擬演練中，它的壓力和轉(zhuǎn)動速度可能會影響到生產(chǎn)還有可能會發(fā)生操作控制與機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不同步的可能，體系是通機(jī)器人的離線程序控制的機(jī)器人的運(yùn)行路線，來減少生產(chǎn)現(xiàn)場的實驗休整周期。機(jī)器人沖壓設(shè)備再生產(chǎn)中使用面很廣，他改變了傳統(tǒng)的勞動模式，改善了勞動條件及強(qiáng)度，確保了生產(chǎn)的安全，提高生產(chǎn)的進(jìn)度及產(chǎn)品的合格率，它不但材料的生產(chǎn)流程還減少了浪費，節(jié)約了時間，縮小了生產(chǎn)成本，隨著生產(chǎn)線的制作、調(diào)試設(shè)備的周期設(shè)計時間不斷提前，機(jī)器人自動化生產(chǎn)線越來越為汽車主機(jī)廠所接受，成為沖壓自動化生產(chǎn)線的主流。

6.豎爐球團(tuán)計算機(jī)控制系統(tǒng)

結(jié)合球團(tuán)生產(chǎn)的特點，將豎爐球團(tuán)T藝分解為四組，即配料烘干組、潤磨旁路組、造球組、豎爐組根據(jù)現(xiàn)場的實際情況。系統(tǒng)的控制設(shè)備主要分布在總控室和現(xiàn)場設(shè)備控制站，其中豎爐組控制箱全部放在總控室。按照豎爐自動系統(tǒng)的控制要求和各設(shè)備的功能，系統(tǒng)可分為四層，各層設(shè)備和功能如下。

第一層為處于系統(tǒng)底層—— 檢測元器件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該層主要有電動蝶閥、放散閥、各種儀器儀表、變頻器以及快切閥等。主要完成生產(chǎn)設(shè)備的操作和工藝參數(shù)的監(jiān)測，執(zhí)行來自PLC的程序指令，并做出相應(yīng)的操作或顯示實時監(jiān)測數(shù)據(jù)參數(shù)。

第二層為PLC控制層，包括CPU模塊，PS模塊，DI、DO、AI、AO模塊，ET200M模塊和各種網(wǎng)絡(luò)通信接口適配器等 主要完成整個系統(tǒng)PLC站的控制網(wǎng)絡(luò)集成，負(fù)責(zé)接收從設(shè)備層傳送的信息、數(shù)據(jù)和上位機(jī)控制的命令，并將這些命令再反饋到設(shè)備層，完成中央信息層與設(shè)備層之間的信息、數(shù)據(jù)、命令傳輸及交換

第三層為中央信息層，即上位機(jī)控制層。監(jiān)控上位機(jī)是j臺研華IPC一610H工控機(jī)(配有Windowsxp操作系統(tǒng)，并安裝STEP75．4西門子編程軟件和組態(tài)軟件)，一臺為操作員站，一臺為T程師站，另外一臺作為操作員站和工程師站的熱備；兩臺彩色噴墨打印機(jī)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等組成。通過上位機(jī)，操作人員可以遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場各設(shè)備的運(yùn)行，完成實時監(jiān)測參數(shù)和現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的控制，歷史數(shù)據(jù)的記錄、查看，報警與故障的提示和處理等功能

第四層為網(wǎng)絡(luò)和其他外部保護(hù)設(shè)備 工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、不間斷電源(UPS)、信號避雷器和隔離器，用于發(fā)生斷電、雷擊或電磁干擾等情況，各種設(shè)備仍能安全穩(wěn)定地運(yùn)行且信號正確無誤傳送。

7.總結(jié)

計算機(jī)控制就是用計算機(jī)對一個動態(tài)對象或過程進(jìn)行控制。在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，用計算機(jī)代替自動控制系統(tǒng)中的常規(guī)控制設(shè)備，對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，這是對自動控制系統(tǒng)所使用的技術(shù)裝備的一種革新。通過大量的閱讀關(guān)于計算機(jī)控制的文章，了解到了計算機(jī)控制與我們密切相關(guān)，無處不在。也隨著社會的發(fā)展，人們也越來使用計算機(jī)來控制，對與一些企業(yè)來說使用計算機(jī)控制，雖然技術(shù)或者一些儀器需要大量的資金，但是從長遠(yuǎn)方面來看，它節(jié)省了人力物力。從算機(jī)控制的技術(shù)應(yīng)用的方面的考慮，我認(rèn)為計算機(jī)控制的技術(shù)發(fā)展?jié)摿€是很大的，值得我們?nèi)W(xué)習(xí)去研究。總之，隨著計算機(jī)軟件技術(shù)的逐漸發(fā)展，計算機(jī)的操作控制正逐步的進(jìn)入到生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。所以我們要不斷創(chuàng)新改革，創(chuàng)作出一個更好的控制體系是非常有意義的。

參考文獻(xiàn)

[1]謝國民、付華.電氣傳動自動化[J].2009年第2期第31卷第40頁 [2]馬菲.儀器儀表學(xué)報[J].2013年第1期

[3]王文成、張金山等.控制工程[J].2011年第2期 [4] 李峰李超等.測控技術(shù)[J].2013年32卷1期 [5] 唐星元.儀器儀表學(xué)報[J].2012年第1期 [6]楊文光.控制理論及應(yīng)用[J].2011年第2期 [7]李元春.計算機(jī)控制系統(tǒng)

第五篇：基于改進(jìn)遺傳算法的配送路徑優(yōu)化方案

基于改進(jìn)遺傳算法的配送路徑優(yōu)化方案

摘要:為了很好地解決物流車輛的線路優(yōu)化問題（簡稱VRP），借鑒DNA算法局部尋優(yōu)能力強(qiáng)的優(yōu)點，提出新編碼方法，以及車輛的行使路線的新的測序方式，很好地解決遺傳算法的早熟、局部尋優(yōu)能力差的問題。通過測試，發(fā)現(xiàn)交替使用遺傳算法和DNA算法進(jìn)行全局尋優(yōu)和局部尋優(yōu)可以相對較準(zhǔn)確、快速的實現(xiàn)車輛線路的尋優(yōu)。

關(guān)鍵詞:遺傳算法；DNA算法；VRP

一、引言

物流被譽(yù)為經(jīng)濟(jì)活動中的“未開發(fā)的黑大陸”、企業(yè)的“第三利潤源泉”。物流的目標(biāo)在于以最小的費用滿足消費者的最大需求，而運(yùn)輸?shù)馁M用占整個企業(yè)物流的40％左右。在運(yùn)輸過程中，配送是其中一個重要的直接與消費者相連接的環(huán)節(jié)，物流配送車輛的線路優(yōu)化問題，更是物流配送優(yōu)化中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，正確合理的安排車輛的配送線路，可以有效的減少車輛的空駛率，實現(xiàn)合理線路運(yùn)輸，從而降低運(yùn)輸成本，節(jié)約運(yùn)輸時間，提高經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到物流科學(xué)化管理。

二、遺傳算法與DNA算法

遺傳算法是一種基于自然選擇和自然遺傳機(jī)制的自適應(yīng)的隨機(jī)搜索算法，它是一種有效的解決最優(yōu)化問題的方法。

遺傳算法求解工程實際最優(yōu)化問題的基本步驟是：首先對可行域中的個體進(jìn)行編碼；然后在可行域中隨機(jī)挑選指定群體大小的一些個體組成作為進(jìn)化起點的第一代群體，并計算每個個體的目標(biāo)函數(shù)值，即該個體的適應(yīng)度。利用選擇機(jī)制從群體中隨機(jī)挑選個體作為繁殖過程前的個體樣本。選擇機(jī)制保證適應(yīng)度較高的個體能夠保留較多的樣本；而適應(yīng)度較低的個體則保留較少的樣本，甚至被淘汰。在繁殖過程中，遺傳算法提供了交叉和變異兩種算法對挑選后的樣本進(jìn)行交換和基因突變。交叉算法交換隨機(jī)挑選的兩個個體的某些位，變異算子則直接對一個個體中的隨機(jī)挑選的某一位進(jìn)行突變。這樣通過選擇和繁殖就產(chǎn)生了下一代群體。重復(fù)上述選擇和繁殖過程，直到結(jié)束條件得到滿足為止。進(jìn)化過程最后一代中的最優(yōu)解就是用遺傳算法解最優(yōu)化問題所得到的最終結(jié)果。

遺傳算法是一種自適應(yīng)隨機(jī)搜索方法,具有極強(qiáng)的并行機(jī)制，在解決整體的搜索問題時，具有很強(qiáng)的魯棒性和全局尋優(yōu)能力。但遺傳算法忽視了個體潛力的開發(fā)而只重視群體整體性能的提高。也就是說，遺傳算法能夠以較大的概率找到最優(yōu)區(qū)域而不是最優(yōu)點。因此遺傳算法在應(yīng)用中也有一些不盡人意的地方，主要表現(xiàn)在算法收斂慢、效率低、容易早熟、局部尋優(yōu)能力差等。

三、基于DNA算法對VRP的局部尋優(yōu)

為追求DNA計算局部尋優(yōu)解的質(zhì)量，我們在算法中加入基于啟發(fā)式知識的方向搜索策略。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中，求解某幾個節(jié)點的最短回路，不需要對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行問題求解，可以只提取出與節(jié)點緊密相關(guān)的節(jié)點與弧段構(gòu)成子網(wǎng)絡(luò)，在子網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行問題求解，降低問題規(guī)模，提高算法效率。即基于方向策略的限制搜索區(qū)域方法[7]，比如搜索從北京到沈陽的最短路徑，完全可以把南京、重慶等節(jié)點排除在搜索空間以外。該方法是一種有損局部尋優(yōu)算法，即排除了概率極小的子網(wǎng)絡(luò)外最優(yōu)路徑的可能。

在單條路徑尋優(yōu)中，以該點集作最小凸包，并以該凸包區(qū)域作適當(dāng)擴(kuò)充的緩沖區(qū)，落在緩沖區(qū)內(nèi)的節(jié)點與弧段構(gòu)成子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行搜索計算。DNA計算模型即構(gòu)建在該子網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行，在保證有效搜索的基礎(chǔ)上多余的邊(輔助邊)盡量少。

我們這里的VRP可描述為：已知n 個代售點之間的相互費用大小(在編碼時用DNA片段的長度來表示)，現(xiàn)有一輛配送車必須訪遍n個代售點 ,最后又必須返回起始送貨點。如何安排車對這些代售點的有向行使路線，可使其行駛路線的總費用最少？以圖論術(shù)語來說，假設(shè)有一個圖G =(V,E,W)，其中，V是頂點集，E是邊集，W是頂點和邊的權(quán)值集，設(shè)D=(dij)是由頂點i和頂點j之間的距離所組成的距離矩陣，VRP就是求出一條通過所有頂點完成配送任務(wù)并且總費用最少的有向路徑。

（一）算法思想

依據(jù)上述思想，為了便于利用DNA計算，我們設(shè)計如下的求解該VRP的基本算法：

步驟1 ：搜索出所有閉合路徑。

步驟2 ：找出那些開始于0、結(jié)束也是0的固定頂點的閉路經(jīng)，也就是說，保留那些經(jīng)過0的固定頂點的閉路經(jīng)。

步驟3：找出那些經(jīng)過所有節(jié)點至少一次的閉合路徑，也就是說，保留0的所有廣義Euler閉跡。

步驟4：找出最短的廣義Euler閉跡，這就是我們所需的解。

步驟5：確定出配送車路線。

（二）VRP的DNA計算編碼以及實施

1、構(gòu)建VRP的DNA計算編碼

先選取節(jié)點和弧段的基本寡聚核苷酸片斷，通常是根據(jù)相應(yīng)權(quán)值的大小先同等放大為正整數(shù)，再分別求出節(jié)點和弧段的最小公倍數(shù)作為基本寡聚核苷酸長度的制定標(biāo)準(zhǔn)。

由于DNA編碼片斷的數(shù)目隨著路徑條數(shù)的增加呈指數(shù)增長，如此復(fù)雜的編碼也將成為DNA計算的技術(shù)瓶頸。本文采用基本寡聚核苷酸（K個）連接組合（單獨長為4的一條就能形成K4/2種組合，因此所需的寡聚核苷酸的種類大大減少）從很大程度上簡化這個過程，盡量減少DNA生物操作而更多地通過合理的編碼進(jìn)行處理，從而大大減少了誤差的來源，這也是DNA計算研究的難以解決的問題之一。

2、VRP的DNA計算實施改進(jìn)

步驟1：將以上各節(jié)點和弧段編碼好的核苷酸放在不同的試管中加入底物（具有各自相同同位素標(biāo)記的DNA分子）、適量的引物（固定點所對應(yīng)的寡聚核苷酸片斷的補(bǔ)鏈）、DNA聚合酶及緩沖液進(jìn)行PCR擴(kuò)增，這樣在聚合酶的作用下可以使得DNA鏈成指數(shù)增加，各自產(chǎn)生大量的寡聚核苷酸。

步驟2：將第一步中合成的各節(jié)點所對應(yīng)的寡聚核苷酸片斷和邊所對應(yīng)的寡聚核苷酸片斷混合在一起，加入緩沖液、DNA連接酶使之進(jìn)行連接反應(yīng)，這樣可以生成所有閉路徑，保留這些那些以0點開始和結(jié)束DNA鏈。

步驟３：將第2步的產(chǎn)物進(jìn)行純化，然后對于純化后的產(chǎn)物進(jìn)行分離。在分離過程中我們首先以表示邊權(quán)的寡聚核苷酸片斷的補(bǔ)鏈為模板構(gòu)造探針，然后利用構(gòu)造的探針對純化后的產(chǎn)物進(jìn)行分離。與該探針雜交的DNA鏈中一定含有該寡聚核苷酸片斷，再將之加熱變性后保留這些DNA鏈。這些被保留的DNA鏈一定包含所有邊，也就是說我們找到了所有廣義Euler閉跡。

步驟４：對第３步的產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖漿凝膠電泳，跑在最前面的就是最優(yōu)的DNA鏈。

步驟５：將上述步驟的標(biāo)記產(chǎn)物直接由相關(guān)儀器進(jìn)行讀取，從而確定所求VRP的配送路線。

四、總結(jié)和展望

VRP是一種NP難題，本文結(jié)合遺傳算法和DNA算法的各自優(yōu)勢，交替進(jìn)行全局尋優(yōu)和局部尋優(yōu)，從而具有良好的全局性和局部性，在通過對算法本身經(jīng)過創(chuàng)新改進(jìn)后對解決VRP等NP難題將有不錯的成效。

本文提出采用以基本單位的寡聚核苷酸相連接從而形成不同長度的片斷對節(jié)點和弧段進(jìn)行編碼，從而避免在融合的過程當(dāng)中形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)從而產(chǎn)偽解，而且也減少了生物操作（變性、退火等），使得到所需的DNA寡聚核苷酸源片斷變得更加容易。其次，本文提出新的測序方式，即事先就各自進(jìn)行帶標(biāo)記的核苷酸基片進(jìn)行PCR復(fù)制，從而在檢測目標(biāo)時只需通過強(qiáng)度檢驗就可以知道寡聚核苷酸片斷的連接順序，映射得到車輛的行使路線，減少了測序操作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 丁立言,張鐸.物流管理[M].北京:清華大學(xué)出版社,1999:15-16

[2] 周康,同小軍,許進(jìn).路徑排序問題基于表面的DNA算法[J]華中科技大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2005,33(8),100-103