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专利号: 2020109610643
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2023-10-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向污水处理过程的智能多目标优化控制方法,其特征在于:包括,基于LSSVM构建控制器设定值与能耗、出水水质之间的软测量模型;

将所述软测量模型作为目标函数、总能耗和所述出水水质作为优化目标,结合多策略自适应差分进化算法寻优,获得各跟踪控制器的设定值;

利用PID控制器对所述设定值进行跟踪控制;

构建所述软测量模型包括,

以4个PID控制器的设定值作为辅助变量,能耗和出水水质为两个主导变量,用LSSVM建立软测量模型,如下:OCI=f1(SO4set,SO5set,SNO2set)EQI=f2(SO4set,SO5set,SNO2.set)其中,SNO2set、SO4set、SO5set分别表示PID4控制器、PID2控制器和PID3控制器的设定值,OCI表示总能耗,EQI表示出水水质;

将所述软测量模型作为所述目标函数,包括,T

s.t.yi(ωxi+b)=1‑eii=1,2,…,m

其中,||ω||为ω的二范数,ei为误差变量,λ>0为惩罚系数,ω为权向量,b为偏置量;

利用拉格朗日乘子法求解所述目标函数,得到拉格朗日函数,如下:其中,e=(e1;e1;...;em),α=(α1;α1;...;αm),αi为拉格朗日乘子;

利用所述多策略自适应差分进化算法进行寻优,包括,初始化种群及相关进化参数,当前迭代次数t=1,随机初始化种群;

利用所述软测量模型计算所述种群个体的适应度值,自适应地更新进化过程信息θ(t)、变异率CRi(t)和交叉率F(t);

更新公式如下:

其中, 和 分别为第t代种群对m个目标函数进行适应度值求和后得到的最大值和最小值,CRi(t)为第t代种群中第i个个体的交叉率,CRmin为最小交叉率,CRmax为最大交叉率,fi(t)为第t代种群中第i个个体的适应度值,fm(t)为第t代种群中所有个体的平均适应度值,为衰减系数,Fmin为最小变异率,Fmax为最大变异率;

根据非支配排序策略更新所述种群个体适应度值和pareto解集A;

基于排序个体选择的多策略融合变异进行变异策略的交叉、选择操作;

判断当前迭代次数t是否达到最大迭代次数T,若未达到,则返回上一步骤;

若达到,则从所述pareto解集A中选取一组较优解作为所述跟踪控制器的所述设定值;

所述相关进化参数包括,

所述变异率和所述交叉率的上下限、种群规模、最大迭代次数T和pareto解集规模Amax;

所述非支配排序策略包括,

利用所述软测量模型计算所述种群中个体的适应度值;

将所述种群中的个体按支配关系进行pareto解分层,将各层pareto解按拥挤度进行降序排列;

利用所述非支配排序策略对所述种群中所有个体进行排序,并获取排序后第i个体的选择参考指标;

根据多策略融合原则有侧重性地选择变异策略;

生成0~1均匀分布的随机数rand2,从所述种群中随机选择个体,若随机个体的选择参考指标小于rand2,则重新选择;

若所述随机个体的选择参考指标大于rand2,则代入选择的变异策略进行变异操作;

所述变异策略进行交叉、选择操作,包括,其中, 为交叉产生的试验个体,randij为0~1均匀分布的随机数,为当前试验个体的第m个目标函数值:

所述根据多策略融合原则有侧重性地选择变异策略表示为:其中, 为第t代种群中随机选中的个体,rk之间互不相等并且rk≠i,为当前目标个体, 为变异个体,D为个体的维数,rand1为生成的服从均匀分布的随机数。

2.根据权利要求1所述的面向污水处理过程的智能多目标优化控制方法,其特征在于:所述拥挤度定义如下,

其中,M为目标函数个数,fm(i+1)和fm(i‑1)分别为排序后第i个个体前一位和后一位的第m个目标函数值, 和 分别为当代第m个目标函数值的最大值和最小值。

3.根据权利要求2所述的面向污水处理过程的智能多目标优化控制方法,其特征在于:定义所述参考指标包括,

其中,NP为种群中个体数量。