全局优化搜索新算法——列队竞争算法(Ⅰ) 解非线性和混合整数非线性规划问题

提出了一种称为列队竞争算法(LCA)的群体搜索算法,该算法在进化过程中始终保持着独立并行进化的家族,通过家族内部的生存竞争和家族间的地位竞争这两种不同的竞争方式,使群体快速进化到最优或接近最优的区域.根据家族的目标函数值大小排列成一个列队,按列队中家族地位的不同分配不同的搜索空间,使局部搜索与全局搜索达到均衡,同时,应用逐步收缩搜索空间技术加速收敛速度.数值计算表明,列队竞争算法的搜索效率优于遗传算法和模拟退火法等算法.     

全局优化搜索新算法──列队竞争算法(Ⅱ)解网络综合问题

本文给出了列队竞争算法解组合优化问题的框架和确定变异领域的两条原则 .对管路网络综合问题和换热网络综合问题确定了相应的变异领域 ,用列队竞争算法分别解这两个网络综合问题 ,所得到的最优解优于文献报道的结果 .     

列队竞争算法综合质量交换网络

在目前现有的2种质量交换网络综合方法的基础上,本文提出了1种新的基于组分区间法的质量交换网络超结构描述,建立了相应的以总费用最小为目标的质量交换网络超结构数学模型,并用列队竞争算法对该混合整数非线性规划问题(MINLP)进行了求解.为验证本方法的有效性,本文对2个实例进行了求解,求解结果略优于文献结果,说明了本文方法的可行性.     

化工原理仿真实验考核系统中的关键技术

判断用户操作正误并实现自动评分是虚拟仿真实验考核系统开发的主要内容。文中结合化工原理实验自动考核系统的开发过程详细介绍了自动判断与评分、多分支动画网、随机指令叠加动画、实验数据处理等关键技术及实现方法。系统已经通过鉴定并在湖北工学院校园网上发布和使用,实践证明虚拟设备能再现各种实验场景,各种动画形式能客观仿真实验过程,自动判断用户的各种操作,评定出实验成绩。     

基于Web的化工原理虚拟仿真实验系统

为了提高实验安全性,实现化工原理课程的网络化教学,运用虚拟仿真技术和多种图像、动画表现形式构造了常规虚拟实验设备模型,设计了相关实验过程,开发了专用实验数据处理与绘图模块,结合CAT(Computer Aided Test)理论和人工智能方法研究了实验操作过程的自动评判技术。实践证明,虚拟设备能再现各种实验场景,仿真实验过程,实验系统能在人机交互条件下训练用户组装实验设备、进行实验操作和测取实验数据,并自动评判实验成绩。     

己内酰胺分离过程的多目标优化

应用流程模拟软件Aspen Plus对环己酮-磷酸羟胺(HPO)法生产己内酰胺中的分离过程进行了模拟,在此基础上,建立了己内酰胺收率最大化、精馏塔能耗最小化和苯消耗量最小化的多目标优化模型。应用带精英策略的非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ)对该模型进行了求解,所得最优解集Pareto前沿揭示了苯消耗量与能耗对己内酰胺收率影响的规律。本文工作对己内酰胺分离过程的设计与操作优化有参考作用。     

质子交换膜燃料电池系统多目标优化

质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有操作温度低、能量密度高、稳定性好等优点,是一种具有广泛应用前景的发电装置。本文以PEMFC系统发电效率最大和总成本最小为同步优化目标,以电流密度、系统操作压力、空气及氢气化学计量数为操作变量,建立该系统的多目标优化模型。提出基于拥挤度排序的多目标列队竞争算法（MOLCA-CDS）求解该模型,得到优化目标的Pareto最优前沿。实例计算结果表明,所提出的方法可得到分布均匀的Pareto最优解集,且优化结果能够完全支配文献中采用其它方法的优化解。本文所提出的方法可为PEMFC系统的设计与操作优化提供参考。     

连续隔壁塔分离乙二胺衍生物的模拟优化

二氯乙烷法制乙二胺会产生多种具有较高经济价值的副产品,为分离得到此类高纯度的副产品,提出采用2个连续隔壁塔分离的新工艺。首先,使用Aspen Plus设计并模拟连续隔壁塔分离乙二胺衍生物流程,验证该工艺的可行性。然后,以年度总费用(TAC)为优化目标,对各塔理论塔板数、隔板位置、进料位置、侧线采出位置等设计参数进行优化。最后,将优化后的连续隔壁塔流程与已优化的常规直接分离序列进行比较,结果表明:隔壁塔流程可降低再沸器负荷23.15%,降低操作费用18.59%,年度总费用降低12.11%。因此,使用隔壁塔技术分离乙二胺衍生物可以有效地节约能耗、降低成本。     

考虑时变风险的成品油二次配送路径优化

成品油属于易燃易爆炸危险品,其配送过程一旦发生事故后果严重。考虑到配送过程人群聚集程度、载重和车速的动态变化,本文建立时变风险度量模型,运用BP神经网络预测车速,预测了城市高速路段和主干路路段的车速。在此基础上,构建了同时考虑配送成本与时变风险的成品油二次配送双目标路径优化模型,并提出改进的多目标列队竞争算法进行求解。本文还采用改进的多目标列队竞争算法求解文献报道的实例,求得非支配解完全支配文献报道中的非支配解,验证了算法的有效性。某武汉石化企业实例研究表明,预测的车速具有较高的准确度,所提出的方法能同步考虑配送过程的时变风险和配送成本,求得的Pareto最优配送路径集可以为企业决策者提供多样化的选择方案,具有较好的应用价值。     

列队竞争算法在水污染控制系统规划中的应用

水污染控制系统规划可归结为非线性规划来求解,应用列队竞争算法对水污染控制系统规划问题的求解进行了研究,对文献中的实例求解结果表明,列队竞争算法的计算结果优于遗传算法的计算结果,列队竞争算法为求解水污染控制系统规划问题提供了一种有效方法.