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专利号: 2021110566877
申请人: 西华大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.柴油机燃用生物柴油多目标性能优化方法,其特征在于:包括以下步骤:一、建立PSO‑SVM排放预测模型;

二、利用PSO‑SVM预测模型分别对NOx、颗粒物进行排放预测,构造出非线性函数z1、z2,这两个函数都是设计变量与优化目标的非线性关系,这样就得到了关于设计变量的两个目标函数:

f1(NOx)=z1(x1,x2,x3)f2(颗粒物)=z2(x1,x2,x3)约束条件:

49.8≤x1≥64.64

2.56≤x2≥3.321

26.7≤x3≥34.12

式中:z1、z2为利用PSO‑SVM预测模型构造的NOx、颗粒物排放的非线性函数;f1(NOx)、f2(颗粒物)为NOx、颗粒物排放量;x1、x2、x3分别为生物柴油的十六烷值、粘度、表面张力;

三、利用NSGA‑II算法对两个决策方程进行多目标优化,求出NOx、颗粒物的Pareto最优解;

四、计算通过优化算法获得的NOx和颗粒物排放的pareto最优解的优化程度,通过下式对NOx和颗粒物值的优化程度进行求解:式中:η为优化百分比,P为Pareto最优解,S为实验值,Pmax为Pareto最优解中的最大值,Pmin为Pareto最优解中的最小值。

2.根据权利要求1所述的柴油机燃用生物柴油多目标性能优化方法,其特征在于:PSO‑SVM排放预测模型的建立方法为:a、建立支持向量机预测模型,即SVM预测模型;

b、使用网格搜索算法对惩罚因子C和核函数参数g进行初步优化;同时,使用K折交叉验证方法进行进一步优化;

c、使用粒子群算法PSO对C和g进行进一步的精确优化;

d、得到优化后的SVM预测模型,即PSO‑SVM排放预测模型。

3.根据权利要求2所述的柴油机燃用生物柴油多目标性能优化方法,其特征在于:SVM预测模型的建立方法为:

首先,给定m×(n+1)维的数据集合T={(x1,y1),(x2,y2),...,(xm,ym)}∈(X×Y),其中xn

∈R为n维的输入向量,y∈R为系统的输出,则基于SVM模型建立的最优超平面为:g(x)=wxi+b

式中:w为超平面法向量;b为超平面常数;

然后,把建立线性支持向量机的问题转化为求解一个二次凸规划的问题,得到:式中:ζi为松弛变量;C为惩罚因子;

最后,将二次凸规划问题转换为对偶问题,即得到:式中:ai为Lagrange系数,仅适用于SVM模型,ai不等于0;K(xi,xj)为核函数;

通过对上述问题进行数学理论分析,得到支持向量机回归函数为:

4.根据权利要求3所述的柴油机燃用生物柴油多目标性能优化方法,其特征在于:K折交叉验证方法为:

首先,以训练样本为对象,将其划分为k等份,让每等份数据依次成为验证集,而剩下的数据将用于模型建立;按照以上步骤共进行k次,并求其每一次训练模型的均方误差;最后再用求得的均方误差的总和除以k,得到K折交叉验证的模型误差,此误差作为评价模型精度的指标。

5.根据权利要求4所述的柴油机燃用生物柴油多目标性能优化方法,其特征在于:网格搜索法优化参数的步骤是:

(1)根据经验设置搜索范围及搜索步长,画出二维网格;

(2)取网格中的节点参数组合,代入目标函数验证其性能;

(3)根据性能评价,选择网格中均方误差最低的参数组合,若有多组均方误差相同,则选取参数C最小的那组作为最佳参数。

6.根据权利要求5所述的柴油机燃用生物柴油多目标性能优化方法,其特征在于:粒子群算法的步骤为:

步骤1:初始化粒子参数;包含:设置种群规模N,确定最大迭代数tmax,选取惯性权重值ω,设定学习常量c1,c2的取值,设定各个粒子的初始位置xi=(xi1,xi2,...,xid)和初始速度vi=(vi1,vi2,...,vid)以及粒子飞行范围;

步骤2:计算任一粒子的适应度f(p);根据适应度函数对任一粒子的适应度进行求解;

步骤3:最优粒子适应度pbest更新;对任一粒子当代的适应度f(p)与之前获得的最优粒子适应度pbest进行比较,如果f(p)优于pbest,则用f(p)代替pbest作为最优粒子适应度,否则原来的最优粒子适应度pbest不变;

步骤4:最优种群适应度gbest更新;将所有粒子当代的适应度f(p)与之前获得的最优种群适应度gbest进行比较,如果f(p)优于gbest,则用f(p)代替gbest作为最优种群适应度,否则原来的最优种群适应度gbest不变;

步骤5:粒子位置和速度更新;依据最优粒子适应度pbest和最优种群适应度gbest,采用标准粒子群算法对粒子的位置和速度进行更新,产生新一代种群;

步骤6:终止条件判断;如果满足终止条件,即输出最优解或达到最大迭代数tmax,则终止不再进行迭代;否则,返回步骤2继续迭代。

7.根据权利要求6所述的柴油机燃用生物柴油多目标性能优化方法,其特征在于:NSGA‑II算法为改进的非支配排序遗传算法,包括以下步骤:

1)随机生成种群规模为N的初始化种群,并对其进行非支配排序;

2)将选择、交叉和变异这几种算法柔和在一起对初始化种群进行计算,得到第一代子种群;在第二代子种群的建立过程中,不再将父代和子代种群分开讨论,而是坚持优胜劣汰的法则对其进行非支配排序和个体拥挤度评估,从中选取出优秀的个体形成新的父代种群;

3)无限循环步骤2),直到符合实际要求为止。