[发明专利]基于动态多目标优化和模糊多属性决策的除铜过程控制方法

权利要求书

1.一种基于动态多目标优化和模糊多属性决策的除铜过程控制方法，应用于锌液净化除铜过程的锌粉添加率优化控制过程，其特征在于，具体包括：

基于锌液净化除铜过程的反应机理和物料守恒构建反应过程状态方程；所述反应过程状态方程包括控制变量和状态变量；

根据所述状态变量构建多目标优化目标函数，并依据锌液净化除铜过程的参数限定约束条件；

采用原始问题离散化、约束处理和智能优化计算进行多目标动态函数优化，获得Pareto最优解集；

构建状态变量控制方法的评价指标，并采用模糊层次分析法确定评价指标权重；

根据所述评价指标权重并采用TOPSIS法对Pareto最优解集进行排序获得最佳控制方法；

所述采用模糊层次分析法确定评价指标的权重具体包括：

比较各个指标两两之间的相对重要性并构建三角模糊判断矩阵，模糊比较矩阵可表示为：

其中，C_i(i＝1,2,…,n)为评价方案的第i个指标，也即为模糊多属性决策过程中的第i个属性，n为属性个数；表示属性C_i相对C_j的重要程度，为三角模糊数，且

对模糊判断矩阵进行一致性检验

其中，

各属性的模糊权重可表示为：W_i＝(W_i^L,W_i^M,W_i^U)，其具体表达式如下所示；

其中C_M和Δ_i可通过下式求得：

其中

各属性的清晰化权重：w_i＝(W_i^L)^0.5(1-α)(W_i^M)^α(W_i^U)^0.5(1-α)，α∈[0,1]，表示清晰属性权重近似的程度，α的值越大，表示清晰属性权重的取值越接近W_i^M。

2.根据权利要求1所述的基于动态多目标优化和模糊多属性决策的除铜过程控制方法，其特征在于，所述反应过程状态方程为：

其中u(t)＝[u₁(t),u_,2(t)]为控制变量，表示两个反应器中的锌粉添加率；x(t)＝[x₁(t),x₂(t)]为状态变量，表示t时刻两个反应釜中的铜离子浓度；a_i,i＝1,2,3,4为通过系统辨识得到的模型参数；表示t时刻第i个反应釜中的铜离子浓度变化量，即为x_i(t)关于时间t的导数；V为反应釜体积，Q和q分别是浸出的硫酸锌溶液的流速和返回一号反应釜的底流的流速；x₀为入口铜离子浓度。

3.根据权利要求1所述的基于动态多目标优化和模糊多属性决策的除铜过程控制方法，其特征在于，所述动态多目标优化的目标函数的表达式为：

其中，u₁(t)和u₂(t)是决策变量，分别表示t时刻两个反应釜中的锌粉添加率，x₂(t)为2号反应釜t时刻的铜离子浓度；f₁表示生产成本，即整个反应过程中的总锌粉添加量；f₂表示除铜效率，即2#反应釜中去除的铜离子的百分比；t₀和t_f分别为反应开始时间和反应结束时间。

4.根据权利要求2所述的基于动态多目标优化和模糊多属性决策的除铜过程控制方法，其特征在于，所述约束条件的表达式为：

其中，和分别表示第i个反应釜中锌粉添加量的上下限，x₁(0)与x₂(0)分别表示两个反应釜中的初始铜离子浓度；t₀为除铜反应开始时间，t_f为除铜反应结束时间。

5.根据权利要求3所述的基于动态多目标优化和模糊多属性决策的除铜过程控制方法，其特征在于，所述采用原始问题离散化、约束处理和智能优化计算进行多目标动态函数优化，获得Pareto最优解集具体包括：

使用控制向量参数化方法将原始的无限维问题离散化，控制向量参数化方法把时间域[t₀,t_f]划分为N个阶段，记各阶段时间点为：t₀,t₁,t₂,…,t_N-1,t_N，t_N＝t_f，在时间段[t_k-1,t_k]，k＝1,2,…,N内，将控制变量近似地表示为一组参数的函数，控制向量的第i个分量u_i(t)参数化的近似表示为：

如上式所示，在每个时间段[t_k-1,t_k]内，将控制量设定为常数

动态多目标优化模型可重新描述为：

使用罚函数法处理约束，并将罚函数f_penalty作为一个新的目标加入上述目标函数；所述罚函数为：

采用多目标状态转移算法对目标函数进行优化。