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雁陣方法及其在流程實時優化中的應用

雁陣方法及其在流程實時優化中的應用

作者:師大云端圖書館 時間:2016-01-09 分類:期刊論文 喜歡:1684
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【摘要】傳統的分解協調優化方法在解決大規模流程生產過程優化問題時,往往面臨計算量增加、協調因子的初值無實際意義以及依賴于目標可分性等問題。受自然界雁陣飛行機理的啟示,論文對雁陣的上升氣流和陣形的尋優機制進行了深入的分析。據此,提出了一個雁陣方法,用于解決一類大系統的分解-協調優化問題。首先,定義了雁陣結構,提出了單級雁陣的跟蹤、交換和傳遞三個算子。在此基礎之上,建立了基于多級雁陣方法的一類大系統優化分解-協調機制,將整體優化問題按照目標變量和約束條件之間的關系進行分解,進而轉換為子雁陣之間的協調問題。其優化順序為,首先對雁陣總目標進行優化,其結果作為分目標傳遞給各個子雁陣,而各個子雁陣則采用跟蹤、交換、傳遞方式進行協調,從而實現大系統的整體優化。論文采用KKT條件對雁陣方法和拉格朗日乘子協調法進行了最優等價性分析,從結構和求解方面證明了兩者之間的最優等價性,并從目標可分性需求角度證明了雁陣算法的優越性。將雁陣方法應用于解決流程生產過程優化問題,形成了流程雁陣方法,其基本思路是,對生產流程按照雁陣機制進行分解,建立多級流程雁陣模型,然后采用多級流程雁陣的優化算子進行協調優化。過程擾動對應于流程雁陣的兩種偏離問題,分別為頭雁驅動和狀態子雁驅動的最優陣形偏離。隨后,給出了頭雁自主調整和陣形自主調整兩種協調規則,分別用于求解流程生產過程的穩態優化和實時優化問題。論文將引起經濟目標變化的過程監控作為實時優化的驅動源,提出了一類基于監控驅動的實時優化問題,并且引入病態雁陣的概念實現過程的自我調整和優化。首先,通過流程雁陣頭雁自主調整算法獲得流程穩態最優點,并將其作為實時優化各子雁陣的頭雁目標;然后,采用病態雁陣的陣形自主調整規則實施協調實時優化。同時,為了克服傳統實時優化方法的穩態等待問題,還引入了實時進化的理念,將穩態等待時間劃分為若干個擬穩態過程,采用陣形自主調整規則進行協調。特別指出,雁陣方法采用了啟發式信息傳播機制,能夠充分利用實時測量信息,雁陣尋優算法使用了梯度信息,構造精細的數學搜索方向,從而獲得更加準確的最優解。求解大系統優化問題時,雁陣方法利用了狀態變量的傳遞作用,能夠有效不失真地對非線性目標進行分解,并采用多級雁陣對復雜的約束條件進行建模,最后采用多級雁陣的跟蹤、協調和傳遞機制對最優點實現跟蹤、協調和獲取。另外,針對流程生產過程首次提出了基于監控驅動的實時優化問題,通過流程雁陣方法,分別對其中的穩態優化點和基于進化策略的實時優化采用不同的調整規則進行協調求解。此方法提供了一個新穎的流程分解協調優化結構,能夠有效地解決流程建模復雜以及優化操縱變量過多等問題,并且,與實際流程生產過程的操作規程相符。論文采用典型的TE流程進行了詳細的實例研究,通過流程雁陣的建模、穩態優化和實時優化過程分析,驗證了所提方法的有效性,并且,與其它優化方法進行了對比,顯示了雁陣方法的優勢。
【作者】黃靜雯;
【導師】李宏光;
【作者基本信息】北京化工大學,控制科學與工程,2012,博士
【關鍵詞】大系統;優化;雁陣;流程生產過程;實時優化;

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