最优化问题广泛存在于各学科领域内,因此研究高效率的优化方法具有重要的理论意义和现实意义。元启发式算法是当前优化方法中的研究热点。花朵授粉算法是一种新型的、灵感来源于被子植物的授粉过程的群智能元启发式算法。目前国内外对该算法的关注和研究刚刚起步,相关研究成果较少且较分散、系统性不强。本文从工程实际应用的角度出发,以简单性原则为指导思想,围绕着花朵授粉算法的性能改进和工程应用展开研究,以完善算法的理论体系和丰富算法的应用范围,具有较强的前瞻性和重要的理论和实际意义。本文主要进行了以下几方面的工作:基本花朵授粉算法在求解高维复杂优化问题时容易陷入局部最优。针对这一缺陷,本文基于正交试验法的思想,在花朵授粉算法中引入了量化正交交叉算子,设计了一种正交花朵授粉算法。在典型高维测试函数上的测试表明,同基本花朵授粉算法相比,正交花朵授粉算法在求解精度、收敛速度、稳定性等方面获得了一定的性能提升。研究了基于花朵授粉算法和正交花朵授粉算法的普通PID控制器、串级控制器、分数阶PID控制器的参数整定方法。提出了使用正交花朵授粉算法基于时域性能指标整定PID控制器参数的设计方法,在5种典型工业过程控制对象上验证了该方法的可行性、有效性和相比于传统的Z-N整定法以及文献中的改进粒子群算法的优越性。提出了利用正交花朵授粉算法基于时域性能指标同时整定串级控制系统的内外环控制器参数的设计方法,并在3种具有不同特征的控制对象上,以最大超调量和稳态误差的加权和最小为设计目标进行了测试,结果表明采用这一方法可得到满意的整定效果,且优于文献中采用遗传算法所获得的整定结果。提出了使用正交花朵授粉算法基于Bode理想传函参考模型整定分数阶PID控制器参数的设计方法。以Bode理想传函模型为参考模型,以最小化实际系统与参考模型之间的输出误差为目标,采用正交花朵授粉算法整定分数阶PID控制器的参数。以一个高阶单位负反馈系统和电力系统中的自动调压系统的控制器设计为例,验证了该方法的可行性和有效性。对比基于实数编码的遗传算法、人工蜂群算法、教与学算法、基本花朵授粉算法等算法,正交花朵授粉算法获得的整定结果更优。研究了基于花朵授粉算法的混沌系统参数辨识和太阳能光伏系统参数辨识方法。面向混沌系统的参数辨识问题,结合单纯形法,提出了一种混合花朵授粉算法。该算法利用花朵授粉算法确定寻优空间内的优解区域,采用单纯形法强化对优解区域的搜索。在不含观测噪声的Lorenz混沌系统和Rossler混沌系统以及含观测噪声的Lorenz混沌系统的三参数估计问题上,测试了该混合算法的可行性与有效性,并与文献中的其它几种算法进行了对比,结果表明该混合算法在结果精度、收敛速度、稳定性等方法具有一定的优势。面向太阳能电池系统的参数辨识问题,提出了一种结合单纯形法和一般反向学习策略的混合算法。该算法利用单纯形法加强对优解区域的搜索,并利用一般反向学习策略增强算法跳出局部最优区域的能力。利用文献中给出的太阳能电池及光伏组件的实验数据及产品数据手册中给出的多晶硅光伏组件S75、薄膜光伏组件ST40、单晶硅光伏组件SM55等三种不同类型的光伏组件在不同光照强度、不同温度下的实验数据,对该算法的性能进行了检验。结果表明,采用该算法辨识得到的单二极管模型和双二极管模型均具有较高的精度,且优于文献中的多种其它算法。研究了基于花朵授粉算法的约束优化方法。分别测试了结合Deb可行性比较法和ε约束法等两种不同的约束处理策略的花朵授粉算法求解单目标有约束优化问题的性能。测试表明,这两种算法的性能均不甚佳,且在与花朵授粉算法相结合时,Deb可行性比较法更适合于处理不含等式约束的约束问题,而ε约束法更适合于处理含等式约束的约束问题。在此基础上,将基于佳点集理论的种群初始化技术和一般反向学习技术引入花朵授粉算法中以增强算法的寻优能力;将Deb可行性比较法和ε约束法统一结合,根据待求解问题是否包含等式约束条件在两种约束处理策略中进行选择以提高算法对不同类型的优化问题的适用性和灵活性,综合这两方面的改进提出了一种性能更优的混合花朵授粉算法。在典型约束优化测试函数集、典型结构优化和多工序车削加工参数优化问题等实际工程约束优化问题上检验了算法的有效性和实用性,为单目标有约束优化问题的求解提供了一个良好的新选择。探讨了基于花朵授粉算法的置换流水车间调度优化方法。通过引入随机键编码技术、NEH启发式算法和基于重插入操作的局部搜索策略,提出了一种可有效求解该问题的混合花朵授粉算法。算法中,随机键编码技术使算法在无需修改算子的情况下即可直接应用于置换流水车间调度这一组合优化问题的求解;NEH方法改善了初始种群的质量;基于重插入操作的局部搜索策略增强了算法的局部搜索能力。在Car测试集和Rec测试集以及一个连杆加工调度实例上对该混合算法的性能进行了测试,并同其它算法进行了对比。结果表明,该混合花朵授粉算法是一种求解置换流水车间调度问题的有效方法,拓展了花朵授粉算法在组合优化问题上的应用范畴。本文对花朵授粉算法的性能改进和工程应用进行了积极的探索,在一定程度上完善了该算法的理论体系,提升了算法的性能,拓展了算法的应用领域,同时也丰富了若干工程实际问题的求解方法,具有较大的理论及实用价值。