流程雁阵的多目标跟踪优化方法-论文.pdf

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1、第31卷第9期计算机与应用化学Vo1．31，No．92014年9月28日ComputersandAppliedChemistrySeptember28，2014流程雁阵的多目标跟踪优化方法卢爱飞，黄静雯，李宏光(北京化工大学信息科学与技术学院，北京，100029)摘要：流程雁阵(ProcessGooseQueue，PGQ)为流程系统的分解协调优化提供了一个新的方法，然而，目前PGQ方法尚存在许多不足，如简单地将个体PGQ的状态跟踪处理为单目标优化问题，这与实际流程操作不符；而多级PGQ系统优化仍采用传统的数学规划方法，对模型要求苛刻且依赖于初值的

2、选取。为此，论文提出了一个面向流程雁阵多目标跟踪的优化方法。首先对多级PGQ系统进行了结构优化，然后将NSGA．II用于多级VGQ系统中个体PGQ的多目标优化求解，得到Pareto解集；在此基础上，将逼近理想解排序法(TOPSIS)和扩展傅里叶幅值灵敏度分析法(EFAST)应用于个体PGQ的多目标决策，并从Pareto解集选取最优解在多级PfiQ系统中逐级传递，实现流程系统的分解协调优化。仿真实例验证了方法的可行性和有效性。关键词：流程雁阵；多目标；NSGA—II：TOPSIS中图分类号：TP202文献标识码：A文章编号：1001．4160(20

3、14)09．1127．1132DoI：1O．11719／com．app．chem20140923PGQ21，为此，优化算法需要反复衡量相同的PGQ在不1引言同分支中对全局目标的影响，因而大大增加了优化计算的复杂度；针对流程工业优化中模型复杂、变量数目多以及目标不可分等问题，李宏光等【l】提出了一个流程雁阵(PGQ)(21实际的流程操作单元往往包含了多个需要跟踪优化方法，可以不失真地对流程系统进行分解【2】。然而，的状态变量，而目前的PGQ方法只是通过各状态变量的目前的PGQ方法仍存在着一些不足。例如，图1是文献平方和简单地处理为单目标优化问题，对

4、于存在目标冲突的情况，这样处理显然不妥；[1】给出的TE过程的一个多级PGQ系统，其中存在的问(3)原多级PGQ系统优化仍采用了基于严格数学模题是：(1)由于实际流程的复杂性，多级PGQ系统中某些型的数学规划方法，这对于模型复杂的问题，往往求解个体PGQ会在不同的分支中重复出现，如PGQ12和效率不高且容易陷入局部极值。Fig．IMulti—layerPGQsystemforTEprocess图1TE过程的多级PGQ系统进化计算为多目标优化问题提供了有效的求解方能方便地处理带约束的多目标优化问题，得到了广泛的法，KalyanmoyDeb等人在20

5、02年提出了NSGA-II方法，关注／4]。如Kannanf将NSGA．II用于电源规划，在最小它具有复杂度低、带有精英策略、收敛速度快等优点，化投资成本的同时，最小化断电带来的成本，并通过测收稿日期：2014—04—19；修回日期：2014—07—03作者简介：卢爱飞(199O一)，男，江西人，硕士研究生，E-mail：luaf2008@qq．corn联系人：李宏光(1963—)，男，辽宁人，博士，教授，博士生导师，E—mail：lihg@mail．buct．edu．cnl128计算机与应用化学试系统证明了方法的有效性。另外，对于多目标Pare

6、to题的求解。解集的最优解选取，一般可以采用TOPSIS方法[6】，具有结果客观、准确的优点，如Li等人I驯将TOPSIS法成功地用于同时满足经济与环境需求问题的最优解选取。为了逐步完善PGQ方法，本文针对PGQ的多目标跟踪问题提出了一种优化方法。首先，为了适应优化计算，提出了优化多级PGQ系统结构的方法；并采用了TOPSIS方法从PGQ的Pareto解集中选取最优解，其中，由于TOPSIS方法要求提前给出加权矩阵，而个体PGQ的跟踪目标往往是流程系统优化的中间变量，难以衡量它们对总目标的影响，为此，提出采用扩展傅里叶幅值灵敏度分析法(EFAST

7、)J分析个体PGQ中各目标对上级PGQ跟踪目标的影响能力，进而确定各跟踪目标的权重系数。在此基础上，将NSGA．II方法应用于多级PGQ系～1-_一一⋯一统中个体PGQ的多目标优化，并从Pareto解集中选取最Fig．2Theoptimizedmulti-layerPGQstructureforTEprocess优解在多级PGQ系统中逐级传递，以实现流程系统的分图2TE过程多级PGQ系统优化结构解协调优化。3个体PGQ的多目标决策论文的后续内容安排如下：第2节给出了多级PGQ系统的结构优化方法；第3节给出了个体PGQ的多目标决对个体PGQ进行多目

8、标优化求解，一般得到的是策方法；第4节给出了多级PGQ系统的分布式NSGA．IIPareto解集，如果将所有的Pareto解往下传递，将