改进的差分进化算法在冷连轧轧制规程优化中的应用研究

摘要

冷连轧机组的负荷分配是一个比较常见的基于非线性约束的多目标优化问题。轧制规程的设定关系到轧制产品的质量及生产能耗，制定合理的轧制规程可以在保证产品质量的同时，延长轧机使用寿命，减少故障发生概率，有效提高生产经济性。本文根据生产的实际需求，对传统的差分进化算法进行研究，提出一种全新的结合外部种群的自适应差分进化算法(Self-adaptive Differential Evolution Algorithm,SE-DE)对轧制规程这一多目标优化问题进行求解。
　　首先，对传统的差分进化算法进行了分析，在原有的种群初始化部分引入一个外部种群进行反向学习，从而扩大了搜索空间，增加种群的多样性；其次，分析了各种自适应选择机制，针对传统算法中固定控制参数的局限性，设计了利用轮盘赌机制自适应的选择变异因子F的策略，提高算法对不同问题的适应性；最后，为了平衡算法的探索能力和开发能力，提出优化因子α的概念，通过对α值的判断来确定子代的交叉策略，两种交叉策略的分阶段应用，可以在提高SE-DE算法收敛性的同时有效避免搜索陷入局部最优的情况。为了验证所提算法在解决数学基准问题时的能力，选取包括传统DE算法在内的五种改进差分进化算法SADE，ODE，NDE和MDE-pBX，对CEC-2005的前14个测试函数分别进行30维、50维和100维的试验，仿真结果验证了SE-DE算法的优越性能。
　　以某钢厂四辊五机架冷连轧生产线为例，对冷连轧生产线控制系统的组成、设备参数及工艺要求进行分析，并对轧制过程中相应的轧制参数数学模型进行详细的描述和分析。在此基础上，确立以预防打滑和等相对负荷为目标的多目标函数优化模型，将改进的差分进化算法SE-DE应用于冷连轧规程优化，并与传统差分进化算法的优化结果进行对比。通过对各机架压下量进行优化，仿真结果验证了所提算法能够对系统进行高效、快速的调节，对其他领域的多目标优化问题具有指导意义。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 轧制规程优化的发展

1.3 差分进化算法的发展

1.4 本文研究的主要内容

第2章 基本差分进化算法及其研究

2.1 引言

2.2 标准差分进化算法

2.3 控制参数与性能分析

2.4 测试函数和评价指标

2.5 本章小结

第3章 改进的自适应差分进化算法SE-DE

3.1 引言

3.2 SE-DE算法

3.3 差分进化算法的改进

3.4 函数仿真及结果分析

3.5 本章小结

第4章 冷连轧控制系统及参数模型

4.1 引言

4.2 冷连轧生产线控制系统

4.3 轧制参数数学模型

4.4 轧制规程设定流程

4.5 本章小结

第5章 基于SE-DE的轧制规程优化

5.1 引言

5.2 目标函数及约束条件

5.3 仿真实现及结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢