面向节能的建筑设计多目标优化方法

考虑绿色建筑设计时重点关注的两个指标(节能和舒适度),建立绿色建筑节能设计的多目标优化模型;采用建筑能耗模拟软件EnergyPlus评价个体的适应值,利用基于分解的多目标进化算法优化上述模型,给出融合EnergyPlus的建筑节能多目标进化优化算法及其执行方法.以我国北方常见的多房间居民建筑为例进行多目标优化,结果表明:相比NSGA-II等经典智能优化设计算法,所提方法在只增加了0.61%能耗的基础上减少了1.29%的不舒适时间.     

基于一种新混合群算法(MOHO-SA)的结构主动控制多目标优化研究

基于粒子群(PSO)算法和差分进化(DE)算法提出了一种新的多目标混合群优化算法,对结构主动控制系统的作动器位置、数量与控制器参数进行同步优化.首先,分别采用PSO算法与DE算法进行对应种群的进化,使用庄家法则构造非支配解集,并引入边界点几何中心leader选择机制,同时利用模拟退火算法完成个体进化的二级局部搜索;以随机地震激励下反映结构振动控制效果和控制策略优劣的双指标作为优化目标函数.最后,针对ASCE 9层benchmark模型,采用本文提出的具有二级搜索功能的多目标混合群算法(MOHO-SA)对其主动控制系统进行优化设计,并分别与多目标差分进化算法(MODE)、多目标粒子群算法(MOPSO)、普通多目标混合群算法(MOHA)的优化结果进行对比分析,表明其Pareto解集具有更优的收敛曲线及分布性.     

多机系统中电力系统稳定器与可控串联补偿器阻尼控制器的协调设计

针对电力系统稳定器（power system stabilizer，PSS）和可控串联补偿器（thyristor controlled series compensators，TCSC）的附加阻尼控制器能分别有效阻尼机间振荡和区域振荡的特点，提出一种采用单纯形-模拟退火法对PSS和TCSC阻尼控制器进行协调优化的设计方法．该方法结合单纯形算法局部搜索速度快和模拟退火算法全局搜索能力强的优点，将单纯形算法作为模拟退火算法的局部寻优算子，以增强算法的搜索能力和效率．同时，优化中使用的目标函数考虑了系统多种典型运行方式下的机电振荡模态性能，因而设计出的阻尼控制器具有较强的鲁棒性．在4机11节点电力系统上运用该优化方法完成了阻尼控制器的协调设计．特征值分析和非线性时域仿真结果显示，使用该方法设计的PSS和TCSC阻尼控制器对不同的运行方式都能有效抑制系统低频振荡．此外，算例分析结果证实了单纯形-模拟退火算法搜寻能力高、不强烈依赖初始值选择的优点。     

多目标优化量子进化算法及其在PID控制器中的应用

目前量子进化算法主要应用于单目标优化问题.本文结合量子进化算法和经典多目标优化算法中常用的非支配排序技术,提出一种解决多目标优化问题的多目标优化量子进化算法(Multi-objective Optimization Quantum Evolutionary Algorithm,MOQEA),并将其应用于PID控制器参数整定.经过实验证明,无论是解的质量还是解的分布均匀性,MOQEA都优于经典多目标优化算法NSGA-II.     

基于分解的进化算法和多变量分析技术在船型参数设计中应用

引入优化和决策技术讨论船型参数设计的多目标优化论证,基于分解的进化算法(DBEA)将船型参数设计的多个目标优化问题分解为一定数量的单目标优化子问题,采用进化算法同时求解这些单目标优化子问题.DBEA算法的种群由法向边界相交方法(NBI)构建,子问题的优化通过和邻近个体的进化操作完成.采用熵权和灰色关联方法对DBEA算法得到的船型Pareto解集进行综合评价,给出每个设计方案的定量指标排序.基于多变量分析技术讨论了船舶设计变量的层次聚类属性,给出了设计变量间的类别特性.采用多维标度方法(MDS)给出了这些变量在二维平面里的映射图形,结合聚类树形图可以加深对船舶参数设计模型的认识.对一艘3万t油船进行船型参数设计,算例分析表明,DBEA算法能够快速获得分布均匀的Pareto解,灰色关联方法的决策合理可行.     

静态输出反馈多目标控制的求解方法

研究了连续多面体不确定系统的多目标静态输出反馈控制问题,此目标静态输出反馈控制问题由双线性矩阵不等式(BMI)给出.为了计算静态输出反馈增益,提出了一种基于差分进化算法(DEA)和线性矩阵不等式(LMI)方法的新型混合算法.新算法的基本思想是通过DEA得到控制器的样本,并将BMI问题转化为凸约束优化问题,进而采用LMI方法来最小化系统的性能指标.以多目标H2/H∞控制问题为例,给出了基于静态输出反馈的多目标控制求解的具体方法,并用数值仿真例子说明了该算法的有效性.     

离场航班多目标优化排序研究

为缓解大面积、长时间的离场航班延误现状,研究了多目标离场航班优化排序问题,考虑连续航班对离场航班影响,建立了具有多个目标函数的混合整数规划模型,并基于多目标优化问题的Pareto最优解概念,设计了一种带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解模型.选取上海浦东机场3 h内离场航班进行仿真验证,并将仿真结果与其他算法优化方案比较,与FCFS策略相比,航班总延误降低了20. 1%,延误架次减少了20.较单一目标优化,该算法具有保持多个目标函数优异性的特点,且115架航班优化时间仅为302 s,能够较好的满足实际运行效率需求.所提方法能够有效解决离场航班多目标优化排序问题.     

LSMOEA/2s:一种基于变量两阶段分组的多目标进化算法

大规模多目标优化问题(Large-Scale Multi-objective Optimization Problem, LSMOP)固有的性质给多目标进化算法(Multi-Objective Evolutionary Algorithm, MOEA)带来挑战。目前大多数大规模多目标进化算法(Large-Scale Multi-Objective Evolutionary Algorithm, LSMOEA)需要耗费较多的计算资源对大规模决策变量进行分组,使得用于优化问题解的计算资源相对不足,影响了算法效率和解题性能。基于此,本研究提出一种基于变量两阶段分组的多目标进化算法(Large-Scale Multi-Objective Evolutionary Algorithm adopting two-stage variable grouping, LSMOEA/2s)。新算法首先利用基于变量组的相关性检测方法快速识别独立变量,然后利用高频次随机分组方法将非独立变量划分成若干子组,最后利用MOEA/D算法优化所有的独立变量和非独立变量子组。将所提算法与当前4种代表性算法(MOEA/D、...     

基于合作协同进化算法的航迹冲突解脱研究

为解决基于航迹运行(Trajectory Based Operation, TBO)模式下大规模航迹战略冲突解脱问题,建立了综合考虑最小化冲突数量和航迹调整成本的双目标优化模型.设计了基于超体积指标的多目标合作协同进化算法(Indicator-based Cooperative Coevolution Multi-objective Evolutionary Algorithm, IBCCMOEA)进行模型求解,采用非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II,NSGA-II)进行子种群优化.同时,设计了自适应遗传算子加快算法收敛速度.分别采用中国航路网络繁忙时段442架和1 014架航班历史飞行数据进行仿真验证,将所提算法与NSGA-II,基于分解的多目标进化算法(Multi-objective Evolutionary Algorithm Based on Decomposition, MOEA/D)以及多目标合作协同进化算法(Cooperative Coevolution Multi-objective Evolutio...     

基于信赖域法的多运行方式下阻尼控制器参数协调

提出了一种多运行方式下电力系统阻尼控制器参数协调方法.在该方法中,采用多运行方式下所有机电振荡模式的阻尼比度量系统的小干扰稳定性,将所有阻尼控制器的参数协调表示为带不等式约束的非光滑优化问题,采用非光滑优化信赖域法求解该问题,求得的阻尼控制器协调参数对多种运行方式下系统的所有振荡模式具有总体最优的阻尼效果.算例分析中,Anderson 3机系统2.7 s收敛于最小阻尼比0.350 2,New England 10机系统28.8 s收敛于最小阻尼比0.177 6.结果表明,所提方法收敛速度快,能有效地抑制系统的低频振荡,适合于多机电力系统多种运行方式下的参数协调.     

基于LOMOGA的降阶H_∞控制器的设计

针对降阶H∞多目标控制器的设计问题,本文提出了基于局部正交多目标遗传算法(LOMOGA)的降阶H∞控制器的设计方法。该方法结合局部正交优化和改进多目标遗传算法,解决了多目标遗传算法局部搜索能力较差的问题,达到了对H∞控制器的结构和参数同时优化的效果,提高了降阶H∞控制器的动态性能和鲁棒性能。仿真结果表明,该方法不仅具有较强的全局和局部搜索效率,而且搜索结果具有较高的精度、更好的分布均匀性和多样性。     

广义T-S模糊系统的非脆弱保代价控制

对于给定的系统,在控制器存在可加摄动的情况下,通过并行分配补偿的方法设计了状态反馈最优保代价控制器,使系统不仅渐近稳定而且具有最小性能指标上界.基于线性矩阵不等式处理的方法,给出了该控制器存在的充分条件;通过建立和求解一个凸优化问题,给出最优非脆弱保代价控制器的设计方法,最后通过算例显示了所给方法的有效性.     

基于粒子群算法的隔振体系参数优化研究

首先利用粒子群优化算法,以传递率为适应值函数,分别对单自由度、双自由度隔振体系进行了隔振参数的单目标和多目标优化研究.随之,考虑了状态反馈控制方法,目标函数选为传递函数矩阵的无穷范数;数值试验表明,在无控最优隔振参数的基础上,施加反馈控制,并不能进一步优化隔振体系;而重新在线计算隔振参数及反馈控制器,可以进一步优化原无控最优隔振体系.最后,进行了兼顾控制力传递率的多目标研究,旨在优化隔振体系传递率的同时,尽可能降低控制能源消耗.本文的系统研究,解决了隔振体系参数的最优设计问题;并在隔振基础上施加控制体系,讨论了最优参数设置的重要性;此外,兼顾控制能源消耗的参数优化,对于传统的隔振和控制体系设计具有一定的创新意义.     

基于多目标粒子群算法的主动座椅悬架滑模控制器设计

为提高汽车的乘坐舒适性和行驶稳定性,对车辆主动座椅悬架提出一种基于多目标粒子群算法的滑模控制器设计方法。首先,在建立三自由度1/4车辆主动座椅悬架系统模型的基础上设计了满足李雅普诺夫稳定性理论的滑模控制器;其次,基于滑模控制到达条件和滑模面的稳定条件结合Hurwitz稳定判据选择合适的滑模面参数;然后,以汽车悬架动挠度、轮胎动载荷和控制器控制力输出为约束,形成以座椅质心垂直加速度、座椅悬架动行程以及轮胎动位移为控制目标的多目标优化问题,对滑模控制器参数进行优化设计;最后,在MATLAB环境下基于多目标粒子群算法进行求解,并进行数值仿真模拟。仿真结果显示,经过多目标参数优化后各目标值明显减小,表明基于多目标粒子群算法的滑模控制器参数优化显著地改善了汽车的乘坐舒适性和行驶稳定性,为汽车主动座椅悬架系统的研究提供了理论依据。     

控制学科在环的主动悬架多学科设计优化

基于多学科设计优化的思想,提出一种控制学科在环的多学科设计优化方法,将控制学科纳入系统的优化回路内,可以充分考虑系统的结构设计和控制学科之间的协同作用,以实现更好的整体优化效果.以主动悬架的设计优化为例,建立了1/4车辆主动悬架模型和LQG控制器模型,并基于多学科可行法的优化框架,进行多学科分析,对结构参数和控制器参数同时进行优化.优化结果表明,该方法能协调悬架动力学和控制学科之间的耦合关系,获取整体最优解.优化后的主动悬架在保证悬架工作空间和轮胎变形在一定的范围内,且不消耗更多能量的前提下,使车身加速度均方根值降低了27%.      

模型预测控制器权重参数整定非线性规划法

模型预测控制(MPC)权重参数的整定是其取得良好控制性能的关键。针对基于双层结构多目标优化的MPC权重参数整定方法存在求解过程较慢、耗时较长的问题，提出了一种非线性规划整定方法。该方法将MPC权重参数整定中每个时间采样点的MPC子优化问题等价为外层MPC权重参数整定优化问题的最优KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件，将MPC权重参数整定的双层多目标优化问题转化为单层非线性规划问题。仿真案例表明，基于单层非线性规划整定方法的MPC控制性能优于或近似于基于双层多目标优化整定方法的MPC控制性能；而且基于单层非线性规划的整定方法能够快速获得MPC权重参数，时间成本由基于多目标优化整定方法所需的1.0～1.5 h缩短到10～90 s。     

多工作点飞机的多目标飞行控制器设计

针对具有多工作点的飞机,基于Lyapunov理论提出了一种多目标飞行控制器设计方法.在存在未知系统参数条件下,该方法同时考虑了飞机的操纵品质要求和鲁棒稳定性.利用线性矩阵不等式(LMI)方法推导了多工作点飞行条件下的操纵品质准则.基于参数相关Lyapunov函数和描述系统方法,得到了飞行控制系统鲁棒稳定性条件.飞行控制器设计方法可以归结为求解一组线性矩阵不等式.仿真结果验证了设计方法的有效性.     

一类不确定非线性时滞系统的保成本控制

研究了一类具有状态时滞的不确定非线性系统的保成本控制问题。通过利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,设计状态反馈保成本控制律,使得闭环系统渐近稳定,并且系统的性能指标不超过某个确定的上界。进而,通过求解一个具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题来设计最优保成本控制器,以使得闭环不确定系统的性能指标最小化。最后仿真结果验证了该控制算法的有效性。     

多目标模糊优化理论及其在制造系统中的应用

基于单目标最优解模糊化基础上的多目标模糊优化方法能够反映各个单目标最优解与多目标满意解之间的相互关系,较好地解决多目标优化问题。文章根据多目标模糊优化的基本原理,结合目标相对优属度概念,提出了具有相互矛盾目标的系统多目标模糊优化方法,并通过示例说明了该方法在制造系统优化中的应用。     

电力电子系统控制电路参数离散最优化

将电力电子系统的最优控制问题变换为参数最优化问题。以正激开关稳压电源为例，建立其控制器小信号离散参数最优化模型，应用一种离散非线性规划算法求解。得到在加权ＩＳＥ最小意义下并在工程上可实现的控制器最优参数。用ＳＰＩＣＥ－２仿真，比较了用连续与离散两种非线性优化算法设计的正激开关电源瞬态响应及频率特性．