基于改进差分进化算法的化工参数估计

为提高化工参数估计的精度，本文提出一种改进的差分进化(improved differential evolution,IDE)算法，并将其应用于甲醇转化烃类物质的参数估计问题。IDE算法设计了一种混合差分变异策略，主要利用种群中的当前个体、较优个体和指导个体实现算法寻优，并对参数进行了调整。该算法在提高种群多样性的同时能够加快收敛速度，在一定程度上降低搜索陷入局部最优的可能性。为验证算法在甲醇转化烃类物质的参数估计问题上的有效性，将IDE算法与部分已有算法进行比较。实验结果表明，本文算法提高了甲醇转化为烃类物质的化工参数估计精度，具有较强的竞争性。     

基于知识改进的文化算法及其在化工动态优化中的应用

针对化工以及生化过程的动态优化问题,提出了一种基于改进知识引导的文化算法。该算法首先对控制搜索域与时间域分别进行了等分和离散化,利用"软约束"思想编码控制序列,采用"种群产生"-"控制域进化"-"种群寻优"迭代过程实现对控制序列的逐步寻优;其次在种群空间采用遗传算法,在信度空间采用差分算法,并将进化过程中的已有种群信息设计为3种知识,通过分析知识、提取知识、管理知识来指导进化过程。由于引入了文化进化理念和机制,大大提高了动态优化问题的搜索效率。通过3种典型化工动态优化问题的仿真实例,表明该算法具有较好的寻优效率以及更好的优化结果,验证了该算法在解决具有非线性动态约束问题的有效性。     

改进的差分进化算法及在聚丙烯牌号切换优化中的应用

针对差分进化算法早熟问题,提出一种改进差分进化算法,采用动态缩放因子解决优化过程中的变量约束问题,在进化过程中自动地调整控制参数取值以保证变量约束条件;引入聚集度作为参数评估种群分布的密集程度,增加一种新的变异算子在进化过程中根据聚集度情况对部分个体进行后续变异操作,适时调整种群分布,提高种群多样性,增强全局搜索能力。建立了聚丙烯牌号切换优化模型并将改进的差分进化算法应用于牌号切换优化模型的求解,仿真实验结果表明改进的差分进化算法在全局搜索能力和搜索效率两个方面有较大提高。     

基于Kriging的差分进化算法及其在苯乙烯流程优化中的应用

自适应差分进化算法基于个体生成策略和控制参数自适应,无须人为设置参数,对问题有较好的适应性,但其收敛速度和精度有待提高。将具有较高预测精度的Kriging模型应用于自适应差分进化算法中,建立跟随种群变化的Kriging模型,通过模型极值点与种群最优个体竞争,对种群产生扰动,影响种群进化过程,改善算法的收敛速度和寻优性能。对10个典型测试函数的测试结果表明,该算法较标准和自适应差分进化算法收敛速度加快,收敛精度提高,且具有更好的稳定性。将基于Kriging的差分进化算法应用于苯乙烯装置的流程优化,操作运行费用显著降低。     

一种自适应多策略差分进化算法及其应用

针对差分进化算法由于固定参数设置而易早熟或陷入局部最优的问题,提出了一种自适应多策略差分进化算法（SMDE）。该方法以基本差分进化为框架,首先引入一个变异策略候选集合,一个缩放因子候选集合和一个交叉参数候选集合,然后在搜索过程中,以过去的搜索信息为基础,自适应地为下一时刻进化群体中的每个个体从候选集合中选择一组合适的变异策略和控制参数,以便在不同的进化时刻设置合适的变异策略和控制参数。对10个常用的标准测试函数进行优化计算,并与其他算法的结果进行了比较,实验结果表明,SMDE具有较好的搜索精度和更快的收敛速度。将SMDE用于化工过程动态系统不确定参数估计问题,实验结果表明该算法能较好地处理实际工程优化问题。     

基于优进策略的差分进化算法及其化工应用

鉴于常规差分进化算法容易“早熟”,全局寻优能力有待提高,提出了基于优进策略的差分进化算法,利用种群繁衍的有用信息改进子代分布,并引入确定性寻优操作,以提高寻优性能.设计了单纯形寻优操作和重布操作,并调整有关概率等.测试表明新算法的全局寻优性能有明显改善,已成功地应用于铯-铷-钒系低温硫酸催化剂上SO2氧化反应模型参数的估计,效果良好.     

融合差分进化算法的AEA算法及其在参数估计中的应用

着眼于AEA(Alopex-based evolutionary algorithm)算法本身的不足,构造出一种融合了差分进化算法和AEA的改进型算法--MAEA(modified AEA).MAEA算法将改进后的差分进化算法嵌入到AEA中,改进AEA算法中种群的生成方式,提高算法的寻优能力.改进的算法不仅拥有启发搜索和确定性搜索的优点,同时还增加了种群的多样性,使算法能够更好地进行全局和局部搜索.通过21个标准函数的测试结果表明,该算法较标准AEA算法、差分进化算法的性能有较大提升.进一步和当前具有代表性的先进算法(ISDEMS)的比较结果表明,MAEA算法有较高的精确度和稳定性.将算法用于发酵动力学模型参数的估计,通过优化得到了较好的结果,验证了本文提出的算法的可行性和有效性.     

文化差分进化算法及其在化工过程建模中的应用

提出了一种新的文化差分进化算法,该算法将差分进化算法作为文化算法的种群空间,在文化算法的信念空间和影响函数设计中提出了基于多种知识源的设计方法,通过多种知识指导差分进化的变异操作和交叉操作,使知识的表达和指导种群进化的能力得到加强。函数测试结果表明,基于知识机制的引入使得文化差分进化算法在寻优性能上比差分进化算法有了较大的提高,而对参数的敏感性却相对较小。将文化差分进化算法用于训练补偿模糊神经网络,建立乙烯精馏塔产品质量软测量模型。通过训练与泛化能力的比较结果表明,基于文化差分进化算法的补偿模糊神经网络软测量模型在建模精度和泛化性能上均优于常规补偿模糊神经网络、模糊神经网络以及采用遗传算法优化的模型,具有更好的应用前景。     

一种基于梯度信息的多目标优化算法

传统的多目标进化算法多是基于Pareto最优概念的类随机搜索算法,求解速度较慢,特别是针对动态多目标优化问题。就此提出了一种新的基于梯度信息的多目标寻优算法（hybrid optimization algorithm based on single and multi-objective gradient information,HSMGOA）,该算法首先利用种群中每个个体对各目标的负梯度方向,以有效保证种群个体能沿单个目标函数值减小的方向加快搜索;同时为避免由于多目标问题之间的冲突性而导致其他目标函数的显著增大,将多个目标的梯度信息方向整合为一个方向进行协同搜索;并且还提出了一种新的选择置点法,以加快算法初始寻优速度并提供优良的初始种群。通过对ZDT系列测试函数的仿真可以看出,HSMGOA在较少的运行次数下,其性能远远优于NSGA2算法。最后将HSMGOA与NSGA2混合以解决补料分批生化反应过程的动态多目标优化问题,并将取得的Pareto最优解集与NSGA2、MOPSO比较可知,该混合算法在解决该化工问题时表现出了更好的性能。     

一种自适应多策略差分进化算法及其应用

针对差分进化算法由于固定参数设置而易早熟或陷入局部最优的问题,提出了一种自适应多策略差分进化算法(SMDE)。该方法以基本差分进化为框架,首先引入一个变异策略候选集合,一个缩放因子候选集合和一个交叉参数候选集合,然后在搜索过程中,以过去的搜索信息为基础,自适应地为下一时刻进化群体中的每个个体从候选集合中选择一组合适的变异策略和控制参数,以便在不同的进化时刻设置合适的变异策略和控制参数。对10个常用的标准测试函数进行优化计算,并与其他算法的结果进行了比较,实验结果表明,SMDE具有较好的搜索精度和更快的收敛速度。将SMDE用于化工过程动态系统不确定参数估计问题,实验结果表明该算法能较好地处理实际工程优化问题。     

A Hybrid Algorithm Based on Differential Evolution and Group Search Optimization and Its Application on Ethylene Cracking Furnace

To find the optimal operational condition when the properties of feedstock changes in the cracking furnace online, a hybrid algorithm named differential evolution group search optimization (DEGSO) is proposed, which is based on the differential evolution (DE) and the group search optimization (GSO). The DEGSO combines the advantages of the two algorithms: the high computing speed of DE and the good performance of the GSO for preventing the best particle from converging to local optimum. A cooperative method is also proposed for switching between these two algorithms. If the fitness value of one algorithm keeps invariant in several generations and less than the preset threshold, it is considered to fall into the local optimization and the other algorithm is chosen. Experiments on benchmark functions show that the hybrid algorithm outperforms GSO in accuracy, global searching ability and efficiency. The optimization of ethylene and propylene yields is illustrated as a case by DEGSO. After optimization, the yield of ethylene and propylene is increased remarkably, which provides the proper operational condition of the ethylene cracking furnace.     

改进鲸鱼优化算法及其在渣油加氢参数优化的应用

针对智能优化算法在处理非线性优化问题中存在的容易陷入局部最优和收敛精度差等问题,提出了一种基于结合差分进化和精英反向学习的改进鲸鱼算法（DEOBWOA）。该算法引入对立搜索初始化、精英反向学习,并结合差分进化进行变异修正,显著有效地提高WOA算法的收敛精度和收敛速度,提高其跳出局部最优的能力。之后采用8个标准测试函数进行仿真实验,结果表明：DEOBWOA算法与标准WOA、HCLPSO、DE算法相比,全局搜索能力和收敛速度都有较大提升。最后建立了渣油加氢动力学模型,考虑到渣油加氢过程中存在诸多典型的非线性约束问题,以某炼化厂渣油加氢装置为例,应用DEOBWOA对渣油加氢反应动力学模型参数进行优化,结果表明该算法能较好地处理实际工程优化问题。     

水煤浆气化装置操作优化技术及其应用

针对水煤浆气化装置操作优化问题,提出了一种多种群竞争型协同文化差分进化算法(MCCDE),算法中建立了基于差分进化算法的竞争型协同策略及竞争适应度评判方法,并引入了文化算法的部分思想。同时,建立了德士古气化炉操作优化模型,将MCCDE算法用于优化模型的求解。采用某化工厂气化系统实际运行数据进行仿真,经过操作优化计算,能够获得优化的控制参数,并提高气化炉有效气产率。最后,开发了水煤浆气化操作优化系统应用软件,能够实现将建模、控制、优化技术应用于实际生产中,以提高装置的经济效益。     

微分进化算法研究及其在热工过程参数辨识中的应用

被控对象的数学模型,对控制系统的设计和分析有着极为重要的意义.采用微分进化算法对被控对象参数进行辨识.这种算法与其它进化算法的不同之处在于它的变异算子是由种群中任意选取的多对向量的差值得到的,并且主要用于实参数优化问题.微分进化算法虽然有简单、搜索效率高的特点,但是仍存在局部最优的问题.因此,在对微分进化算法搜索机理进...     

混沌广义差分进化算法及其在Texaco气化过程中的应用

在Texaco水煤浆气化工艺中,合成气中各组分的含量是衡量气化效率的关键参数。以某厂Texaco气化装置为研究背景,设计了一种合成气组分含量的预测模型。该模型选取三层前馈神经网络结构,并采用一种具有广义差分项的混沌差分进化算法(ChaoDEGD)作为模型参数的学习方法。ChaoDEGD算法在差分进化算法的变异操作中引入了广义的个体差异信息,并在不同进化时期,对不同适应度等级的个体施加混沌映射,保证了种群的多样性,帮助种群有效跳出了局部极小点。实验结果表明,基于ChaoDEGD的神经网络预测模型能够较好地估计合成气中CO、H₂、CO₂三类关键组分的含量,为Texaco水煤浆气化过程的安全稳定运行提供了有利指导。     

基于改进差分进化和最小二乘支持向量机的铝酸钠溶液浓度软测量

针对氧化铝蒸发过程铝酸钠溶液浓度难以在线检测问题,提出了改进差分进化和最小二乘支持向量机的铝酸钠溶液浓度软测量建模方法。首先基于灰色关联分析和核主成分分析确定模型的输入变量,再用改进差分进化算法的最小二乘支持向量机构建软测量模型。并与DE-LSSVM软测量模型进行比较;最后应用蒸发过程生产数据进行验证,结果表明,新模型具有更好的学习能力和泛化性能且预测精度更高,可为蒸发过程操作优化提供必要的指导。     

差分演化算法中变异策略的改进与算法的优化

自然界生物体进化现象可以形式化成一些优化算法,如差分演化算法、粒子群算法等。其中,差分演化算法在数值函数优化方面的性能要优于其它的优化算法。通过对差分演化算法的变异策略改进,使优化后的差分演化算法在函数优化方面性能得到进一步提高。通过十个基准函数的仿真测试可以验证这一结果。     

基于差分进化粒子群混合优化算法的软测量建模

针对乙烯生产过程中,用传统方法难以直接完成对乙烯收率的在线测量的问题,提出了一种新型差分进化粒子群混合优化算法,建立了乙烯收率软测量建模。改进算法将优化过程分成两阶段,两分群分别采用粒子群算法和差分进化算法同时进行。迭代过程中引入进化速度因子进行算法局部收敛性判断,通过两个群体间的信息交流阻止算法陷入局部最优。对高维复杂函数寻优测试表明,算法的整体优化性能均强于基本粒子群算法和差分进化算法。应用结果表明,基于改进算法的软测量模型具有测量精度较高、泛化性能较好等优点。     

多策略果蝇优化算法及其应用

针对果蝇算法容易陷入局部极值、收敛速度慢和收敛精度低的问题,基于粒子群优化算法中社会认知因子和差分演化算法的变异算子,提出了一种多策略果蝇优化算法(SFOA)。对于味道浓度值劣于平均味道浓度的个体,采用社会认知变异因子产生下一代个体,加快收敛速度。对于味道浓度值优于平均味道浓度的个体,引入差分向量,提高算法跳出局部极值的能力。经过8个测试函数的仿真实验对比,SFOA具有更好的全局搜索能力、更快的收敛速度和更高的收敛精度。最后,将改进后的果蝇算法运用到GE气化炉操作优化中,以有效合成气产率最大化为优化目标,氧煤比和水煤浆浓度为决策变量,结果表明,SFOA能够快速找到最优值,证明了多策略果蝇优化算法的有效性。