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  • ISSN 1006-3080
  • CN 31-1691/TQ

2018年44卷4期

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基于分层内嵌预测控制的多微电网能量优化管理
董亦, 邹媛媛, 牛玉刚
2018, (4) :463-473. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20171102002
摘要:
针对提高多微电网的恢复力,考虑微电网发生故障时的多微电网能量调度管理,提出了一种基于分层内嵌结构的预测控制策略。在内嵌结构层中,通过对不同微电网的负荷关键度进行区分,将拥有关键负荷的微电网嵌套于内嵌结构里层进行保护,保证了关键微电网的安全运行,有效降低故障微电网的波及影响。在中央调度层,通过协调各微电网及电动汽车出力,在考虑电动汽车接入微电网具有随机性的情况下,实现对故障微电网在短期内的功率支撑,保证其长期安全运行的目的。仿真结果表明,本文提出的方法能够在微电网发生故障时对故障微电网提供可靠的能量供给,满足多微电网系统的功率平衡,同时降低故障的影响范围,保证多微电网系统的安全运行。
基于双层不变集的多智能体系统事件触发分布式预测控制
袁枫林, 邹媛媛, 苏旭, 牛玉刚
2018, (4) :474-481. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20170811001
摘要:
针对含有扰动的多智能体系统,提出了基于双层不变集的事件触发鲁棒分布式预测控制策略。在分布式控制结构下,对每个智能体构建了目标函数含有耦合关联项的事件触发分布式预测控制优化问题。利用输入状态稳定性理论,推导出与子系统自身信息以及邻域子系统信息相关的事件触发条件。每个智能体判断事件触发条件,仅当条件满足时,才进行分布式预测控制优化问题的求解以及子系统之间的信息交互。利用双层不变集来保证扰动作用下多智能体系统的鲁棒性能,并在此基础上给出保证算法递推可行性和闭环稳定性的充分条件。最后通过车辆控制系统对算法进行仿真分析,验证了算法的有效性。
基于继电辨识法的医用恒温箱温度自适应控制
张晟晨, 赵众, 郭世杰, 童镇立
2018, (4) :482-486. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20171128004
摘要:
医用恒温箱的温度调节具有大时间常数、大惯性及时变特性,实际应用中难以用阶跃辨识法快速辨识其模型以及使用常规控制器进行有效控制。继电反馈辨识法不需要过程达到稳态即可快速辨识过程模型,自适应控制可以针对以上模型进行有效控制。提出了一种使用继电反馈辨识法进行恒温箱温度调节过程的辨识模型方法,并且利用该辨识模型设计了自适应控制器的控制器参数初值及控制律的方法;以瑞萨公司的C2B8SNFA为主控器,开发了恒温箱温度自适应调节器。实验结果验证了本文方法的可行性和有效性。
基于MWMKPCA和CPI的间歇过程控制性能监测与评估
宋良轩, 顾幸生
2018, (4) :487-495. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20171128002
摘要:
针对限定控制器结构下的间歇过程控制系统性能监测与评估的问题,采用引力搜索算法优化控制器参数,在最优控制参数的基础上得到控制性能较优的输出误差数据集;通过采用多种多元统计过程控制(MSPC)方法对数据集进行主元建模,用得到的主元模型对新的间歇过程批次进行在线监测,并提出一种基于控制图的综合控制性能指标(CPI)。仿真结果验证了采用移动窗口核主元分析法(MWMKPCA)在监测间歇过程控制性能时的准确性,同时验证了所提出的综合控制性能指标的有效性。
用于动态化工过程故障检测的T-TELPP算法
张忠祥, 程辉, 叶贞成, 梅华, 张广辉
2018, (4) :496-503. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20171213004
摘要:
工业过程具有高复杂性、动态性等特点。在特征提取时,引入时滞因子扩展时序矩阵可以解决现场变量带有的自相关与互相关特性问题。特征提取算法处理三阶张量形式的扩展数据时需要将三阶张量在某一方向向量化,这将破坏原始数据内在二维结构信息。对此,本文提出了基于张量空间的时序扩展局部结构保持算法(Tensor-Temporal Extension Locality Preserving Projection,T-TELPP)。首先,改进局部保持投影(LPP)算法得到时序扩展的LPP算法(TELPP),使其充分提取欧氏空间近邻与时序近邻信息;然后,将TELPP扩展到张量空间得到T-TELPP算法。T-TELPP直接将动态扩展数据投影到特征空间与残差空间,并分别建立T2和SPE统计量。对田纳西-伊斯曼(Tennessee Eastman,TE)过程进行监测,通过与PCA、DPCA和DLPP算法对比,验证了T-TELPP算法在动态过程监测上的有效性与优越性。
基于加权模糊聚类的污水处理过程故障检测
慈嘉伟, 罗健旭
2018, (4) :504-510. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20171128005
摘要:
模糊C均值(FCM)聚类是一种常用的聚类方法,在工业应用时,常因数据的强噪声和非线性导致聚类效果不够理想。提出了一种密度加权、核理论和可能性模糊C均值聚类(PFCM)相结合的聚类方法。该方法采用核函数,将数据映射到线性空间进行聚类分析,消除非线性影响;通过引入点密度概念,加快算法迭代,增强可分性,提高聚类准确率。将该聚类算法用于污水处理过程的故障检测,结果表明该方法不仅能解决非线性问题,而且能有效加快收敛速度。
基于量子行为的模拟移动床的操作优化
李凌, 邓家璧, 袁德成
2018, (4) :511-517. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20171128003
摘要:
模拟移动床是一种能实现连续分离的装置,由于模拟移动床模型复杂,性能指标众多,因此需要智能算法对模拟移动床的性能指标进行优化。本文运用遗传算法、粒子群算法对模拟移动床线性吸附等温线下的性能指标进行单目标优化,并利用加入量子行为的粒子群和遗传算法作比较,证明了量子理论在解决模拟移动床优化问题的优越性,然后运用NSGAⅡ算法、MOPSO算法对模拟移动床线性吸附等温线下的性能指标进行多目标优化和对比实验,仿真结果验证了所用方法的有效性。
基于不同气化剂的BGL炉煤气化的模拟和优化
田硕, 刘琳琳, 都健
2018, (4) :518-523. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20170829005
摘要:
煤气化工艺作为煤制天然气的重要环节,是实现煤炭资源清洁利用的关键。基于化工流程模拟软件Aspen Plus建立BGL (British Gas Lurgi)炉煤气化工艺,以合成气有效成分、制气效率及水蒸气分解率为评价指标,考察常规气化技术中气化剂操作参数对工艺的耦合作用,得出最优气化剂组成及预热温度;同时,为解决煤气化过程中CO2排放量大及氢碳比较低的问题,分别引入CO2、CH4对气化剂进行改进,进一步优化气化剂组成。结果表明:在常规气化技术中,mO2/mCoal=0.33、mH2O/mCoal=0.14为最优气化剂组成,220℃为最优气化剂预热温度;在改进气化技术中,mCO2/mH2O=0.18,mCH4/mH2O=0.08为最优气化剂组成。
水基Al2O3纳米流体强化闭式冷却塔内传热过程数值模拟
谢晓翠, 刘铭钊, 何畅, 张冰剑, 潘明, 陈清林
2018, (4) :524-528,587. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20170829004
摘要:
对以Al2O3纳米流体作为喷淋介质的闭式冷却塔进行了数值模拟,采用流体体积函数(VOF)模型及离散项模型(DPM)作为数值模型进行封闭求解,并分析纳米流体质量浓度和单位时间喷淋量对闭式冷却塔热力学特性的影响。结果表明,随着纳米流体质量分数增加,闭式冷却塔的进口与出口空气含湿量差和单位时间喷淋量均呈现先上升后下降的趋势,在纳米流体质量分数为0.5%时进出口空气含湿量差达到最大值,相比纯水提高了约18.3%;当流体单位时间喷淋量为0.28 kg/s时,闭式冷却塔达到最佳热质传递性能。
基于广义动态模糊神经网络的聚乙烯分子量分布软测量
安许锋, 田洲, 钱锋
2018, (4) :529-534. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20180108007
摘要:
分子量分布(MWD)是聚合物的重要质量指标,但由于实时检测的困难,MWD的预测成为聚合过程先进控制和优化面临的重要挑战。为解决聚乙烯分子量分布预测的实时性和精度问题,本文结合过程信息和反应机理建立了分子量分布预测的混合模型。首先通过机理分析,在假设不同催化剂活性位个数的情况下拟合MWD,通过误差分析获得合理的催化剂个数及分布函数参数,同时操作条件与分布函数参数之间的关系通过广义动态模糊神经网络(GDFNN)描述。在GDFNN中,利用K-means初始化其网络结构,训练过程中,充分利用历史数据和新息决定是否增加新规则,减少冗余规则的频繁生成,并通过分级学习机制,前期提高全局学习率,后期提高局部学习率。最后通过实际工业数据的仿真实验证明了该混合模型的有效性。
基于慢特征重构与改进DPLS的软测量建模
蒋昕祎, 李绍军, 金宇辉
2018, (4) :535-542. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20170829006
摘要:
针对过程数据中存在的噪声干扰及动态特性,提出了一种基于慢特征重构与改进DPLS的软测量建模方法。该方法首先利用慢特征分析提取变化缓慢的成分,并用于重构原始输入,同时提出一种重构相似性指标来评价重构效果,实现用尽可能少的成分刻画数据的原有趋势,减少噪声干扰;然后梳理改进DPLS方法的完整流程,并用于分析重构输入与原输出间的关系,获得的模型更符合数据间的动态关系。本方法的有效性在TE过程及脱丁烷塔过程的软测量模型中得到了验证。
隔板塔(DWC)多定态解的净物质流分析
宋二伟, 张耀昌, 王二强
2018, (4) :543-547. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20170829001
摘要:
与传统精馏分离工艺相比,完全热耦合精馏技术(隔板塔)有更多的操作变量(即自由度),这些操作变量在实现优化设计的同时,也会引起多定态现象。采用单组分净物质流,针对隔板塔在三组分分离过程中存在多定态解的现象进行分析,通过等效热耦合四塔模型,研究其多解现象。在不同定态解的条件下,计算并分析隔板塔内部的净物质流。结果表明,多个定态解对应的塔内部组分净物质流之间存在差异。
PTA装置溶剂脱水系统中共沸剂回收塔的动态模拟及控制
黄秀辉, 王俊, 王应飞, 李泽秋
2018, (4) :548-556. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20170829007
摘要:
针对以醋酸正丙酯为共沸剂的工业醋酸回收系统中的共沸剂回收塔,基于Aspen Plus和Aspen Dynamics平台在稳态模型的基础上对其进行了动态模拟及动态控制策略研究,设计了两种控制结构并分别对其动态响应特性进行了分析。结果表明,本文方法通过直接调节供热流股来控制灵敏板温度具有更好的控制性能,并且能在扰动出现后更快、更稳地达到所需分离要求,回到稳态值、缩短过渡过程并减少相应的物耗及能耗损失,为以后进行共沸剂回收过程的动态实时优化、先进控制等研究以及实现PTA装置的高效优化运行提供有用的理论基础。
均相/非均相催化精馏合成乙二醇单丁醚控制分析与比较
林子昕, 王恒博, 安然, 安维中, 朱建民
2018, (4) :557-562. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20170829002
摘要:
以环氧乙烷和正丁醇合成乙二醇单丁醚为例,开展了均相和非均相两种催化精馏工艺的稳态模拟、动态行为和控制研究,比较分析了两种工艺的特点。在Aspen Plus模拟平台上取得精馏塔稳态模拟数据,采用相对增益矩阵(RGA)对均相和非均相催化精馏塔进行分析,确定了双温度控制回路。在Aspen Dynamics中建立了控制方案,在添加正丁醇进料摩尔分数±10%的阶跃扰动下,考察了催化精馏塔的动态响应及控制效果。研究结果表明,均相和非均相催化精馏工艺均能达到控制要求,但非均相反应体系控制方案有更快的动态响应、更小的扰动变化量,并能更早恢复到设定值,其原因在于非均相工艺不存在催化剂浓度变化因素。
基于DICA的存储受限流水车间调度
徐震浩, 王程, 顾幸生
2018, (4) :563-572. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20170627003
摘要:
针对缓冲区空间和时间同时受限的流水车间调度问题,以最小化完工时间为优化目标建立了数学模型,并提出了求解方法。由于中间存储策略的限制,相对于普通流水车间调度问题,约束条件更加苛刻,且随着调度问题规模的增大,求解难度成倍增长,但却更加具有实用性和研究意义。帝国竞争算法具有求解精度高、收敛速度快的特点,在帝国竞争算法的基本框架上,提出了一种改进的离散帝国竞争算法。针对存储受限的流水车间调度问题,采用随机键编码的方式初始化种群;同化过程采取交叉替换的方式,并控制一定的同化概率,削弱帝国的势力,防止算法过早收敛;引入历史最优解机制,记录殖民的历史最优位置;革命过程中引入变异算子,以增强搜索能力;采用正交试验方法确定算法参数。在经典算例的基础上加入缓冲区约束并进行仿真实验,实验结果表明,离散帝国竞争算法求解质量高,收敛速度快。
基于一种遗传邻域万有引力算法的作业车间调度
张垚, 曹萃文, 顾幸生
2018, (4) :573-580. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20171113001
摘要:
作业车间调度问题属于NP-hard问题,是离散生产制造中广泛存在的一类组合优化问题。针对此问题,提出了一种新型遗传邻域万有引力算法。该算法借鉴万有引力搜索算法中惯性质量和欧氏距离的概念,提出了候选父代染色体个数的选择方法和染色体差距的计算方法,并以此定义了一种新的交叉策略;同时混合遗传算法与N5邻域结构,有效地求解了作业车间调度问题。通过对3个FT类和10个LA类标准测试算例的仿真,验证了本文遗传邻域万有引力算法的优越性。采用遗传邻域万有引力算法有效地解决了某水表制造企业中的大规模作业车间调度问题。
一类面向仓库车辆路径优化的改进禁忌搜索算法及其应用
吴胜昔, 刘威, 卢文建, 顾幸生
2018, (4) :581-587. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20171130001
摘要:
在立体仓库中常需考虑车辆路径规划问题,传统的禁忌搜索算法在解决该类问题时,最终解的质量依赖于初始解。针对此问题并结合实际立体仓库,本文提出了改进的禁忌搜索算法。该算法的初始解部分由模拟退火算法生成,有效地克服了禁忌搜索算法对初值的依赖;规定禁忌搜索算法的特赦准则为模拟退火算法关联,在限定始末库位条件下,尽可能地寻找更短车辆路径,提高禁忌搜索算法的搜索能力。将改进的禁忌搜索算法与标准禁忌搜索算法进行仿真对比,改进算法在平均最短路径和稳定性上都有较大提升。将本文算法应用于立体仓库调度过程,在实际应用中效果良好,具备可行性。
微网可转移负荷调度与储能控制策略
方磊, 牛玉刚, 祖其武
2018, (4) :588-594. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20170525001
摘要:
针对新能源发电的不确定性和随机性,以及新能源发电与用户负荷难以匹配的问题,构建了风、光、储共存的微电网系统,并提出了一种基于可转移负荷和储能系统协调控制的微网能量管理策略。首先在现有的微网模型基础上构建了集中式微网控制系统,用于对风、光、储系统进行相应的控制,同时建立了兼顾用电负荷优化调度与储能系统安全高效运行的多目标函数。然后采用改进粒子群优化算法求解目标函数,引入新的负荷调度策略降低计算复杂度和提高用户满意度,最终获得可转移负荷调度量,实现可转移负荷的调度策略。同时,充分考虑了储能系统的影响,对荷电状态(SOC)进行控制监测,控制储能系统波动情况,提高储能系统性能并延长其使用寿命。最后通过数值仿真,验证了本文提出的能量管理策略在满足用户满意度与实际储能要求的前提下,可以提高微网运行性能,实现微网能量管理和经济运行。
基于混合知识的自适应粒子群算法及其在博弈问题中的应用
翟双爱, 范勤勤, 胡志华
2018, (4) :595-608. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20170727002
摘要:
粒子群优化算法的寻优性能往往会受到控制参数和速度策略的影响。为提高粒子群优化算法的性能,提出了一种基于混合知识的自适应粒子群算法(SPSO-MK)。该算法使用不同的速度更新策略来平衡粒子群优化算法的局部和全局搜索能力,利用在线和先验知识分别对惯性权重和加速因子进行调整。选取32个测试函数进行仿真实验,结果表明本文算法的整体性能好于10种粒子群的变种算法和3种非粒子群算法。将本文算法用于求解3个非合作博弈纳什均衡问题,结果表明该算法能够取得较好的结果。
基于动态扩张角的广义Pareto支配优化算法
郝新东, 祁荣宾
2018, (4) :609-616. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20170629001
摘要:
NSGA-Ⅱ算法在处理高维多目标问题时解集的区分度变得很差,对此,有学者提出了基于扩张角的广义Pareto支配优化算法(GPO-NSGA-Ⅱ),即通过改变扩张角来调整解的支配区域,从而调整解集的区分度,进化过程中扩张角保持恒定。本文在GPO-NSGA-Ⅱ算法的基础上提出了随着种群进化扩张角动态改变的广义Pareto支配优化算法(DGPO-NSGA-Ⅱ),通过动态调整种群进化过程中的扩张角来影响种群进化的选择压。扩张角的动态调整采用线性减小方式,即随着种群的进化将扩张角从初始扩张角线性减小为0。为保证获得一个较好的初始扩张角区间,对种群进化的不同扩张角进行了大量对比实验。将该算法与GPO-NSGA-Ⅱ、NSGA-Ⅱ在测试函数上进行对比实验,结果表明该算法能以更高的精度更快地收敛到理论前沿,个体分布也更均匀。
引入迁移和变异策略的改进鸟群算法及其在参数估计中的应用
王建伟, 彭亦功
2018, (4) :617-624. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20170709001
摘要:
针对鸟群算法(BSA)易陷入局部最优的问题,提出了一种引入迁移策略和变异策略的改进鸟群算法(IBSA)。在鸟群飞行阶段引入迁移策略有助于提高鸟群向适应度更高位置迁移的能力,提高BSA的收敛速度;在寻优后期引入变异策略,提高鸟群的局部寻优能力,提高了算法的寻优能力。选取6个典型的测试函数进行寻优实验,实验结果表明,与粒子群算法(PSO)、蝙蝠算法(BA)、BSA等算法相比,IBSA具有更高的寻优精度和更快的寻优速度。在此基础上,将IBSA应用于发酵动力学模型参数估计中,与Gauss-Newton、GA、MAEA算法相比,IBSA的参数估计值的偏差平方和最小,具有更高的模型拟合精度。在面对非凸、不可微等复杂寻优问题的情况下,IBSA为研究者提供了一种更加可靠、快速和精确的寻优可能。