多年以来,人们已经从各个角度结合不同学科来研究免疫系统,其中尤为典型的是人工免疫系统。它是研究、借鉴和利用生物免疫系统信息处理机制发展起来的各类信息处理技术、计算技术及其在工程和科学中应用而产生的各种智能系统的总括。在以前一段较长时间内,国外人工免疫系统研究人员只停留在理论研究阶段,国内还没有相关专业研究人员。近十几年来,学者对人工免疫系统的理论研究和应用探讨才全面重视起来,并迅速将它应用于人工智能、故障技术、数据挖掘、模式识别、机器人、计算机科学、控制和优化等领域。但国内目前还处于理论跟踪和应用探索阶段,原创性研究成果几乎还是一片空白。人工免疫系统作为仿生智能系统,已广泛应用于控制、优化、异常和故障诊断、数据挖掘和计算机网络安全等工程中。本文在介绍生物免疫系统的结构、机理和特性的基础上,围绕人工免疫系统原理分析和算法介绍为主线,对人工免疫系统的研究状况加以系统性的阐述,并对免疫算法和免疫机理进行了较为详细探讨和改进应用。在免疫系统原理方面:首先阐述生物免疫系统的结构,重点介绍了淋巴细胞、自然杀伤细胞和噬菌细胞的基本结构及其机理和作用;其次总结了生物免疫系统的免疫应答、免疫记忆、自体耐受和克隆选择原理等重要机理和自适应性、多样性、鲁棒性和自组织过程等重要特性。在免疫系统算法方面:首先介绍了一般人工免疫算法、标准克隆选择算法、否定选择算法和免疫遗传算法等常见人工免疫算法;其次重点分析了Castro等人提出的克隆选择算法(CLONALG )的优点和不足,并在它的基础上提出了基于记忆库小生境自适应克隆选择算法(MNACSA ),且详细介绍了小生境机制( Niche)、记忆库技术、最佳个体抑制操作和自适应高频变异率;最后,在详细介绍MNACSA的流程和步骤之后,将该算法与Castro提出的CLONALG及小生境克隆选择算法( NCSA )在几个经典多模态函数优化的过程中进行比较实验,最终结果表明了MNACSA在优化多模态函数时具有突出的优势。在免疫机理方面:生物体的免疫系统是指生物针对外来侵犯的抗原产生反馈信息,然后促使抗体和抗原结合而发生一系列的反应,最终通过产生特殊酶的作用或吞噬作用而彻底清除抗原。生物免疫系统中的淋巴细胞由骨髓中产生的B细胞和胸腺中产生的T细胞组成,T细胞又分为辅助细胞( TH )和抑制细胞( TS ), TH和TS分别对B细胞起激活作用与抑制作用。当抗原进入机体且被抗原呈递细胞( Antingen P resenting Cell , APC )处理后,将所获信息传递给TH和TS ,然后刺激B细胞;B细胞就产生抗体用来消除抗原。当抗原较多时,机体内的TH较多、TS较少,于是B细胞的数目会增多、抗体数目会增多,最终使得抗原细胞减少。随着抗原的减少,系统内的TS增多、T H减少,则B细胞和抗体也随着减少。过经一段时间的免疫应答之后,免疫反馈系统便趋于平衡。显然,这种免疫反馈机理给解决工业温控系统中PID控制不能够实现在线调节和控制的问题提供了很好的思想源泉。本部分内容:首先,详细阐述了免疫反馈机理、灰色预测控制(Gray Prediction Control)机理、模糊控制(Fuzzy Control)机理和模糊免疫算法;其次,结合灰色预测控制、模糊控制、免疫反馈等机理,设计了基于灰色预测的串联模糊免疫PID控制器( GPFIP? PID),且在火电厂温控系统中与串联免疫PID控制器( IP? PID)及串联模糊PID控制器( FP? PID)进行了比较仿真实验,实验结果突显了GPFIP? PID的独特优越性。论文的最后,本人总结了全文的工作,并对人工免疫系统的发展趋势提出一些见解和预测。