[发明专利]面向工艺系统控制优化问题建模方法与遗传算法求解方法

权利要求书

1.一种面向工艺系统控制优化问题建模方法与遗传算法求解方法，其特征在于：具体部分如下：

(1)系统描述

a)系统分解成多个工艺单元按照一定的流程并联或串联组成；

b)定义输入源为影响工艺系统输出的所有参量，包括系统的原始输入量和系统的控制量；

c)系统的输入源定义为I＝[I₁,I₂,…,I_N]，N为输入源个数，系统输出定义为O＝[O₁,O₂,…,O_M],M为系统输出个数；

d)系统统总输出需求定义为O_r＝[O_r,1,O_r,2,…,O_r,M]；

(2)系统特性建模

a)对每个工艺单元k，由n个输入源变量、m个输出变量表示；其中第i个输入源变量表示为I_k,i,第i个输出变量表示为O_k,i；

b)数据库中为每个工艺单元k的输出i,i＝1,2,…,m建立一个特征数据表T_k,i，存储输入源组合下的输出变量的均值e_k,i和偏差δ_k,i，表达为

[e_k,i,δ_k,i]＝T_k,i(I_k,1,I_k,2,…,I_k,n)

c)系统实时采集数据点O_k,i，并不断更新存储于系统特征表中，更新方式为指数平滑方法，即

e_k,i＝e_k,i·r+(1-r)·O_k,i

δ_k,i＝δ_k,i·r+(1-r)·|O_k,i-e_k,i|

其中r∈[0,1]表示指数平滑权重；

(3)优化问题建模

a)目标函数定义为

其中P_i表示系统输出O_i的收益系数，Q_i为系统输入源I_i的成本系数；

b)约束条件包括系统的输入源阈值范围，和需求约束

O_i＝O_r,i.i＝1,2,…,M

c)最优化问题为

s.t.O_i＝O_r,i.i＝1,2,…,M

(4)遗传算法求解

a)将工艺系统中所有的输入源均定义为染色体，每个染色体根据输入源的阈值范围表达成二进制形式，二进制的位数即为对应染色的基因个数，每一位表达为一个基因；

b)拥有a)中定义的所有输入源染色体的为一个个体，大量的个体组成一个群体；

c)给定任意一个个体，即一组输入源I＝[I₁,I₂,…,I_N]，通过其基因表达的实际数，按照系统工艺流程流向，在数据库中的特征数据表取到对应每一工艺的输出，如存在数据点缺失，采用线性插值得到系统的输出O＝[O₁,O₂,…,O_M]；

d)定义个体的适应度为

其中P_i，Q_i定义同上，β为系统输出与系统输出需求差值的惩罚系数；

e)随机初始化一定数量个体的群体，并计算各个体的适应度并排序，选择适应度大的前一半个体，后一半个体淘汰；

f)遵循遗传算法的基本原则，从选择的一半个体中，任意两两选择个体，进行同种染色体上基因的交叉与变异，交叉与变异均以一定概率执行，生成新的一半的个体，组成新一代群体；

g)迭代执行e)和f)过程，直到s代群体中个体最优适应度不再发生大的变化，即ε为迭代终止阈值；

h)s代群体中最优(top1)个体染色体的基因表达I_top1，即为整个工艺系统的最优解输出。