一种环保岛系统设计的联合寻优协同优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种环保岛系统设计的联合寻优协同优化方法，在协同优化方法框架内，环保岛系统由一个系统级和三个子学科级构成，系统级为脱硝、脱硫、除尘三部分运行成本之和最小，喷氨量、电场电压、石膏浆pH值与循环泵台数等约束形成了三个子学科的优化问题。优化步骤如下：初始化相关参数，确定近似模型利用确定好的近似模型，拟合逼近各学科在系统级的一致性约束函数，系统级在拟合约束下进行寻优。采用动态寻优策略，经过多次迭代，满足全局阶段收敛条件，进而进入局部阶段求解，最终满足局部收敛条件，精确收敛至全局最优解。本发明专利技术可以有效的解决其易收敛于局部解，迭代次数过多等问题，同时在精度上也得到相应的提高。同时在精度上也得到相应的提高。同时在精度上也得到相应的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种环保岛系统设计的联合寻优协同优化方法


[0001]本专利技术涉及优化算法应用
，具体涉及一种环保岛系统设计的联合寻优协同优化方法。

技术介绍

[0002]环保岛系统设计优化其目标是在满足相关工艺约束的同时，使系统级目标即脱硫、脱硝、除尘三部分的运行成本之和最小。协同优化(CO)方法是斯坦福大学Kroo等提出的一种解决复杂优化问题的有效算法，其基本原理是按照一定特性将一复杂问的目标函数分解成简单的子目标函数，各子学科在自身的约束下并行求解，系统级综合考虑其它子目标函数的结果，协调子学科之间的不一致性，最终使子目标函数之间的优化结果能够一致，获得最优的结果。标准的协同优化算法虽然能提高复杂问题的优化效率，但其独特的二级优化结构也存在一定的局限性，目前，针对标准CO中系统级一致性约束的表述形式导致求解困难的情况，很多学者从近似方法入手，采用响应面方法简化模型的复杂度，一定程度上，响应面协同优化确实提高了求解效率，但同时也带来了优化不稳定与求解精度不足的问题。
[0003]如中国专利CN110751292A，公开日2020年2月4日，一种基于遗传算法的云制造多视角协同调度优化方法，用于从用户、制造企业和制造平台三个视角的相关属性优化调度方案，用户的相关属性包括时间、成本和可靠性，制造企业的相关属性包括外包，制造平台的相关属性包括能耗，基于遗传算法的云制造多视角协同调度优化方法，包括：采用三角模糊数表示时间、成本、可靠性和能耗的模糊属性值，以时间、成本、可靠性和能耗的模糊属性值以及外包建立FMILP模型；利用基于区间直觉模糊熵权法的遗传算法求解FMILP模型。其从用户、制造企业和制造平台三个视角优化调度方案，并且采用区间直觉模糊熵权法设置FMILP模型的相关参数，以得到更优的调度方案。但是其存在易收敛于局部最优、收敛速度慢等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：目前的协同优化方法存在易收敛于局部最优、收敛速度慢的技术问题。提出了一种能够有效的解决传统协同优化方法易收敛于局部最优、收敛速度慢的问题，减少了系统的迭代次数，提高了优化精度的环保岛系统设计的联合寻优协同优化方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案为：一种环保岛系统设计的联合寻优协同优化方法，包括如下步骤：S1：初始化相关参数，确定近似模型；S2：将n
s
组系统级设计值分别传递给脱硝子学科、脱硫子学科和除尘子学科，求得各子学科的n
s
组最优目标值；S3：采用近似方法对n
s
组系统设计值和对应的子系统最优解进行拟合，得到一致
性约束的近似模型，对系统级进行求解；S4：判断是否满足全局收敛条件，若不是，采用动态寻优策略改变采样范围，生成新的采样点作为设计变量期望值，返回步骤S2；若是，则进行步骤S5；S5：进入局部优化阶段，以步骤S3求得的最优解作为局部优化的初始点，按照局部优化的优化方法进行求解，直至满足局部收敛条件，得到全局精确的最优解。将环保岛系统运行成本优化问题结合协同优化算法，按照污染物脱除的种类分成三个学科级优化和一个系统级优化。其中，学科级优化分别为脱硫、脱硝和除尘三个部分，各学科级的约束条件分别为各污染物的排放浓度和相关脱除设备运行工况的约束，系统级优化的目标函数为脱硝、脱硫和除尘三部分运行总成本，对步骤S3求得的最优解按照局部优化的优化方法进行进一步的求解，等到的解为全局精确的最优解。
[0006]作为优选，所述步骤S1中，低维度问题采用多项式响应面模型，多项式响应面模型中的二次多项式模型公式如下：其中：y(x)表示实际函数，为拟合函数，a代表常数项，x
i
和x
j
代表设计变量，b
i
和c
ii
分别表示一次项与二次项的系数，d
ij
(i≤i＜j≤n)为交叉项系数。待定系数可由最小二乘法求解。在步骤S1中，针对不同的复杂度问题选用相应的模型，低维度问题采用多项式响应面模型，(PRSM)PRSM基于参数拟合与回归理论，具备较强的理论基础，在处理非线性程度低与低维问题中，PRSM模型能够以较高的精度拟合目标函数，以较低的计算成本提高求解速度，且多项式响应面是采用多元线性回归的一种近似方法。
[0007]作为优选，所述步骤S1中，高维度问题采用径向基函数模型，径向基函数模型的函数表达式如下：其中：为基函数，为权向系数。高维度问题采用综合性能良好的径向基函数模型，RBF模型是一类平衡近似精度和计算效率较好的插值型代理模型，并且其形式简单，具备各项同性的优点，因而维度的很高时也会有良好的求解效率，特别适用于高维问题，此外径向基函数模型的函数表达式中，β
r
满足差值条件：(f
r
)
i
＝y
i i＝1,2,
…
,n
s
其中；y
i
为精确值，(f
r
)
i
为预测值,可得A
r
β
r
＝yβ
r
＝A
r
‑1y
式中，φ为径向基函数，这里采用插值精度较高的逆多二次函数，表达式如下：其中，c为形状参数，取正实数，一般凭借设计者的经验进行取值，c＝0～10；r代表预测点与样本点之间的欧式距离。
[0008]作为优选，构建一阶响应面模型需要至少(n+1)个样本点，构建二阶响应面模型需要至少(n+1)(n+2)/2个样本点。因为构造响应面模型的试验次数必须大于待定系数的个数，所以构建一阶响应面模型至少需要(n+1)个样本点，构建二阶响应面模型至少需要(n+1)(n+2)/2个样本点。
[0009]作为优选，所述步骤S4中动态寻优的采样半径公式如下：r＝k+mγ
β
其中：k、m和β为常数是调试过程中选取的值,m和β是控制一致性的权重,γ为系统级与学科级不一致和学科之间不一致中的最大值。取两者中的最大值作为不一致性γ值，相比较于只取单一不一致性作为γ值更加的科学合理，可以提升优化的精度。在步骤S4中提出一种动态寻优策略，利用不一致信息，动态的改变样本点采样半径，更新采样范围。
[0010]作为优选，所述步骤S5中所述局部优化阶段过程中，系统级的改进公式如下：min F(z)ε＝(λ
×
Δ)2+0.001其中：Δ为学科最大不一致，λ为定常数，取值范围为0.5～1，(λ
×
Δ)2为动态松弛部分，0.001为静态部分。(λ
×
Δ)2为动态松弛部分，其主要作用是在迭代前期动态调整松弛变量，以确保可行域存在，0.001为静态部分，在迭代后期，不一致约束趋于零，静态部分保证了一定的松弛作用。在局部优化阶段，系统级改进在于对于系统级优化过程中出现可行域不存在的情况，将等式约束变为不等式约束，其中松弛变量由动态与静态两部分组成。
[0011]作为优选，所述步骤S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环保岛系统设计的联合寻优协同优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：初始化相关参数，确定近似模型；S2：将n
s
组系统级设计值分别传递给脱硝子学科、脱硫子学科和除尘子学科，求得各子学科的n
s
组最优目标值；S3：采用近似方法对n
s
组系统设计值和对应的子系统最优解进行拟合，得到一致性约束的近似模型，对系统级进行求解；S4：判断是否满足全局收敛条件，若不是，采用动态寻优策略改变采样范围，生成新的采样点作为设计变量期望值，返回步骤S2；若是，则进行步骤S5；S5：进入局部优化阶段，以步骤S3求得的最优解作为局部优化的初始点，按照局部优化的优化方法进行求解，直至满足局部收敛条件，得到全局精确的最优解。2.根据权利要求1所述的一种环保岛系统设计的联合寻优协同优化方法，其特征在于，所述步骤S1中，低维度问题采用多项式响应面模型，多项式响应面模型中的二次多项式模型公式如下：其中：y(x)表示实际函数，为拟合函数，a代表常数项，x
i
和x
j
代表设计变量，b
i
和c
ii
分别表示一次项与二次项的系数，d
ij
(i≤i＜j≤n)为交叉项系数。3.根据权利要求2所述的一种环保岛系统设计的联合寻优协同优化方法，其特征在于，所述步骤S1中，高维度问题采用径向基函数模型，径向基函数模型的函数表达式如下：其中：为基函数，为权向系数。4.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑松，颜子旭，葛铭，郑小青，包巍，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：