人工蜂群优化算法的应用

本书以解决工程问题为目的，针对人工蜂群优化算法应用于解决船舶工程、电力系统、信号处理、控制系统和新能源等领域的若干关键问题进行了深入研究和分析。本书是根据作者针对人工蜂群优化算法的以上应用进行深入研究并提出了自己的见解和思路编写出来的。全书共10章，分为6个主题：基础篇，包括靠前章人工蜂群优化算法；船舶工程篇，包括第2章基于人工蜂群优化算法的船舶电力系统故障诊断方法和第3章基于人工蜂群优化机理的目标船舶方位估计方法；电力系统篇，包括第4章人工蜂群优化算法在谐波估计中的应用；信号处理篇，包括第5章基于人工蜂群优化机理的盲源有序分离算法，第6章人工蜂群优化算法在复数盲源分离中的应用和第7章人工蜂群优化算法在单通道周期性信号盲分离的应用；控制系统篇，包括第8章基于人工蜂群优化机理的PID控制的AVR系统；新能源系统篇，包括第9章基于人工蜂群优化算法的太阳能电池模型参数的辨识和靠前0章基于人工蜂群算法的孤岛式混合能源系统优化配置方法。这些应用不仅有理论上的分析，还通过Matlab仿真实验予以验证。

王荣杰，中山大学博士，集美大学副教授、硕士生导师，主要从事智能信息处理方向的研究，现主持国家自然科学基金项目、福建省教育厅基金项目、省级重点实验室基金项目和校企合作项目各1项，校级科研项目2项，还参与多项重量和省部级科研项目；2015年获第八届厦门市电机工程学会“工作积极分子”荣誉称号，2014年入选“福建省高校杰出青年科研人才培育计划”，2013年分别获厦门市第七届很好自然科学论文三等奖和“集友陈嘉庚奖教金”荣誉称号；近五年以靠前作者身份在靠前外学术期刊发表论文27篇，SCI和EI同时检索5篇，EI检索8篇，2009~2014年多篇论文获福建省电机工程学会很好论文二、三等奖。社会兼职：厦门市电机工程学会理事、厦门市仪器仪表学会理事；《Application of Information and Communication Technology》编委，《宇航学报》、《Communications inInformation Science and Management Engineering》和《电源学报》审稿人。

目 录 基础篇 章 人工蜂群优化算法 ............................................................................... 2 1.1 蜜蜂的觅食行为 ........................................................................................... 2 1.2 人工蜂群优化算法 ....................................................................................... 4 1.2.1 原型人工蜂群优化算法I ................................................................. 4 1.2.2 原型人工蜂群优化算法II ................................................................ 7 1.3 本书的内容与组织结构 ............................................................................... 9 1.3.1 本书的内容 ....................................................................................... 9 1.3.2 本书的组织结构 .............................................................................. 11 参考文献 .............................................................................................................. 13 船舶工程篇 第2 章 基于人工蜂群优化算法的船舶电力系统故障诊断方法 ........................ 16 2.1 船舶电力系统故障诊断研究概况 ............................................................. 16 2.2 保护继电器或断路器拒动情况的目标函数建立 ..................................... 17 2.2.1 船舶电力系统故障类型分析 ......................................................... 17 2.2.2 船舶电力系统故障诊断的目标函数 ............................................. 20 2.3 基于人工蜂群优化算法的船舶电力系统故障诊断方法 ......................... 37 2.4 仿真实验分析 ............................................................................................. 38 2.5 本章小结 ..................................................................................................... 40 参考文献 .............................................................................................................. 41 第3 章 基于人工蜂群优化机理的目标船舶方位估计方法 ............................... 43 3.1 船舶方位估计介绍 ..................................................................................... 43 3.2 目标船舶方位估计问题描述 ..................................................................... 44 3.3 基于人工蜂群优化机理的目标船舶DOA 方位估计 ............................... 46 3.4 仿真分析 ..................................................................................................... 47 3.5 本章小结 ..................................................................................................... 52 参考文献 .............................................................................................................. 53 电力系统篇 .......................................................................................................... 55 第4 章 人工蜂群优化算法在谐波估计中的应用 ............................................. 56 4.1 谐波估计方法研究概况 ............................................................................. 56 4.2 谐波估计问题描述 ..................................................................................... 57 4.3 基于群智能优化算法的谐波估计 ............................................................. 58 4.3.1 相位的估计 ..................................................................................... 58 4.3.2 幅值的估计 ..................................................................................... 59 4.3.3 群智能优化算法 ............................................................................. 59 4.3.4 基于群体智能优化算法的谐波估计 ............................................. 64 4.4 仿真实验分析 ............................................................................................. 65 4.4.1 无噪声的谐波估计 ......................................................................... 66 4.4.2 有噪声的谐波估计 ......................................................................... 69 4.5 本章小结 ..................................................................................................... 70 参考文献 .............................................................................................................. 72 信号处理篇 第5 章 基于人工蜂群优化机理的盲源有序分离算法 ...................................... 76 5.1 盲源分离的基本概念 ................................................................................. 76 5.2 盲源有序分离问题描述 ............................................................................. 77 5.3 基于人工蜂群优化机理的盲源有序分离算法 ......................................... 80 5.3.1 PSO 算法 ......................................................................................... 80 5.3.2 DE 算法 ........................................................................................... 81 5.3.3 基于群体智能优化算法的盲源有序分离 ..................................... 83 5.4 仿真实验分析 ............................................................................................. 84 5.5 本章小结 ..................................................................................................... 96 参考文献 .............................................................................................................. 96 第6 章 人工蜂群优化算法在复数盲源分离中的应用 .................................... 100 6.1 复数盲源分离研究概况 ........................................................................... 100 6.2 复数盲源分离问题描述 ........................................................................... 101 6.3 改进的人工蜂群优化算法 ....................................................................... 103 6.4 基于ABC 优化的有序复值盲源分离算法 ............................................. 106 6.4.1 基于交叉验证技术的复数源信号个数估计 ............................... 106 6.4.2 复值盲源抽取的代价函数 ........................................................... 107 6.4.3 基于ABC 优化的有序复值盲抽取算法 ...................................... 111 6.5 基于ABC 的欠定复数盲源分离算法 ...................................................... 113 6.6 仿真分析 .................................................................................................... 117 6.6.1 改进的ABC 算法优化性能的测试 .............................................. 117 6.6.2 基于ABC 优化的有序复值BSS 算法的仿真与分析 ................ 123 6.6.3 基于ABC 优化的欠定复数BSS 算法的仿真与分析 ................ 133 6.7 本章小结 ................................................................................................... 135 参考文献 ............................................................................................................ 135 第7 章 人工蜂群优化算法在单通道周期性信号盲分离的应用 ...................... 138 7.1 单通道盲源分离介绍 ............................................................................... 138 7.2 单通道周期性信号盲分离问题描述 ....................................................... 139 7.3 周期性混合信号的单通道盲分离算法 ................................................... 140 7.3.1 希尔伯特变换 ............................................................................... 140 7.3.2 基于交叉验证技术的阶数估计 ................................................... 141 7.3.3 利用人工蜂群优化算法的基频和源数估计 ............................... 142 7.3.4 基于自适应滤波的谐波幅值估计 ............................................... 143 7.4 仿真分析 ................................................................................................... 145 7.5 本章小结 ................................................................................................... 149 参考文献 ............................................................................................................ 150 控制系统篇 第8 章 基于人工蜂群优化机理的PID 控制的AVR 系统 .............................. 154 8.1 AVR 系统和PID 控制器的介绍 .............................................................. 154 8.2 AVR 系统模型 .......................................................................................... 155 8.3 基于人工蜂群优化机理的PID 控制的AVR 系统 ................................. 158 8.3.1 PID 控制的AVR 系统 .................................................................. 159 8.3.2 基于人工蜂群优化机理的PID 控制的AVR 系统 ..................... 159 8.4 仿真分析 ................................................................................................... 161 8.4.1 优化算法测试 ............................................................................... 161 8.4.2 基于人工蜂群算法优化的PID 控制的AVR 系统的仿真与 分析 ............................................................................................... 163 8.5 本章小结 ................................................................................................... 167 参考文献 ............................................................................................................ 167 新能源系统篇 第9 章 基于人工蜂群优化算法的太阳能电池模型参数的辨识 ...................... 170 9.1 太阳能电池模型辨识原理介绍 ............................................................... 170 9.2 太阳能电池模型辨识问题描述 ............................................................... 172 9.2.1 单二极管等效模型 ....................................................................... 172 9.2.2 双二极管等效模型 ....................................................................... 173 9.3 基于人工蜂群优化算法的太阳能电池模型参数的辨识 ....................... 174 9.4 仿真分析 ................................................................................................... 175 9.5 本章小结 ................................................................................................... 184 参考文献 ............................................................................................................ 185 0 章 基于人工蜂群算法的孤岛式混合能源系统优化配置方法 ................ 187 10.1 混合能源系统配置优化方法研究概况 ................................................. 187 10.2 孤岛式光伏/风/柴油机/储能混合能源系统描述 .................................. 188 10.2.1 光伏发电子系统 ......................................................................... 189 10.2.2 风机系统 ..................................................................................... 189 10.2.3 电池组储能系统 ......................................................................... 189 10.2.4 柴油机 ......................................................................................... 190 10.3 基于人工蜂群算法的孤岛式混合能源系统优化配置方法 ................. 191 10.3.1 目标函数 ..................................................................................... 191 10.3.2 基于人工蜂群算法的孤岛式混合能源系统优化配置方法的 实现 ............................................................................................. 192 10.4 仿真实验分析 ......................................................................................... 193 10.5 本章小结 ................................................................................................. 200 参考文献 ............................................................................................................ 200 后记 ............................................................................................................... 202