[发明专利]基于熵最小的蔗汁澄清过程的协同优化方法

说明书

本发明涉及一种基于熵最小的蔗汁澄清过程的协同优化方法，作用在蔗汁澄清过程的自动控制系统上，所述协同优化方法包括：根据澄清系统中物质的基本特性、所涉及的因素以及流动变化的关系，对所述澄清系统进行划分，将所述澄清系统分为物质子系统、能量子系统以及信息子系统；根据所述物质子系统、所述能量子系统以及所述信息子系统与澄清系统之间的相对熵最小化，构建目标函数；对所述目标函数进行求解，输出优化结果。本发明提供的基于熵最小的蔗汁澄清过程的协同优化方法，实现了在保证算法的局部搜索能力的基础上，兼顾算法的全局搜索能力，从而使澄清系统达到最优，提升澄清纯度、效果和效率，进而提高蔗糖的提取和最终产品质量。

技术领域

本发明涉及甘蔗澄清工艺过程自动化控制与设备设计优化领域，特别涉及一种基于熵最小的蔗汁澄清过程的协同优化方法。

背景技术

广西是蔗糖的主产区，蔗糖产量占全国产糖量的一半以上，制糖业是广西的支柱产业。加入WTO后，国内食糖市场逐步放开，受机械化和自动化生产水平不高以及国外进口食糖冲击等因素影响，我国甘蔗糖业市场竞争力下降，有重蹈大豆和玉米行业覆辙，被进口食糖冲垮的危险。面临国外市场竞争压力与高额的国外先进自动化制糖设备引进费用，中国糖业发展的唯一的出路还是需要依靠自主研发和创新改进制糖生产的自动化生产水平。

蔗糖澄清是一个多工序的复杂过程，从制糖原料中提取的糖汁除了含有较多的蔗糖分之外，还含有诸如还原糖、多糖、蛋白质、氨基酸、胶体物、植物色素、蔗屑、泥沙等成分复杂的各种有机、无机非蔗糖杂质，这些成分经过加灰、一次加热、硫熏、二次加热等澄清手段时会发生蔗糖分的转化、美拉德反应、钙化物和硫化物的沉淀等一系列的物理化学变化。

基于此本发明的发明人发现，在蔗糖澄清过程中，对物理化学变化控制不当就容易使得蔗糖分丢失严重、色值去除不理想、澄清汁纯度不够以及澄清汁含硫量偏高等一系列不良后果，严重影响蔗糖的提取和最终产品质量。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何提供一种基于熵最小的蔗汁澄清过程的协同优化方法，以解决现有的蔗糖澄清汁纯度不够，严重影响蔗糖分的提取和最终产品质量的问题。

为解决以上技术问题，本发明提供一种基于熵最小的蔗汁澄清过程的协同优化方法，作用在蔗汁澄清过程的自动控制系统上，所述协同优化方法包括：根据澄清系统中物质的基本特性、所涉及的因素以及流动变化的关系，对所述澄清系统进行划分，将所述澄清系统分为物质子系统、能量子系统以及信息子系统，其中，所述物质子系统包括：被加工的物质的状态数据，所述能量子系统包括当前工艺过程中产生能量的状态数据，所述信息子系统包括澄清过程中目标控制量的设定值和当前的设备的状态数据；根据所述物质子系统、所述能量子系统以及所述信息子系统与澄清系统之间的相对熵最小化，构建目标函数；对所述目标函数进行求解，输出优化结果。

在一种可能的实现方式中，所述对所述目标函数进行求解包括：对所述目标函数中的参数值进行初始化；生成初始群体；对所述初始群体中的个体进行格雷码编码；对格雷码编码后的个体进行适应度计算，并根据所述适应度进行预设处理；对进化代数进行判断，当进化代数达到最大进化代数时，当前解为优化结果。

在一种可能的实现方式中，对格雷码编码后的个体进行适应度计算，并根据所述适应度进行预设处理包括：对所述格雷码编码后的个体进行选择运算；对选择运算后的个体进行交叉运算与变异运算；统计上述运算处理后的结果，解码优良个体；梯度运算替换优良个体并对替换个体进行格雷码编码；计算替换个体格雷码编码后的海明距离；对海明距离满足设定的海明距离范围的个体，按照海明距离进行排序，对海明距离大的预设数量的个体实施惩罚；对海明距离不满足设定的海明距离范围的个体实施精英策略。

在一种可能的实现方式中，所述目标函数中的参数值，包括：设置种群进化的代数、约束变量范围以及交叉与变异参数。