基于混沌蛙跳算法的立式淬火炉传感器优化配置研究

摘要

大型立式淬火炉是大型高强度铝合金构件热处理的关键装备。由于大型立式淬火炉体积庞大，炉内温度分布呈本征非均匀性，并具有分布参数、非线性、强耦合特点，为了提高大型立式淬火炉的温度控制精度和均匀性，必须对淬火炉内的温度传感器测量点进行有效的配置。
　　本文以参数估计误差最小为准则，结合淬火炉的控制模型，构造了与传感器测量位置有关但与其实际测量值无关的Fisher信息矩阵。提出利用混沌蛙跳算法优化传感器配置位置，保证信息矩阵行列式的值最大。
　　针对蛙跳算法局部寻优能力不强且容易陷入局部最优解的问题，对蛙跳算法进行了两个方面的改进。一是把对最差个体进行调整改成同时对3个性能较差的个体进行调整，增加了子群中青蛙个体之间的信息交流;二是在蛙跳算法的寻优过程中，嵌入混沌优化算法，利用混沌优化算法的随机性及遍历性，提高了蛙跳算法的寻优搜索能力。仿真测试证明了改进的混沌蛙跳算法在执行效率和收敛速度方面要优于基本的蛙跳算法。
　　获得了在配置不同个数传感器的情况下的最优配置位置。建立了目标优化函数，利用改进的混沌蛙跳算法对其进行寻优搜索，通过仿真验证了改进的混沌蛙跳算法在淬火炉传感器优化配置中的可行性和有效性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题来源与研究意义

1．2 加热炉优化控制国内外研究现状

1．3 传感器优化配置研究现状

1．4 论文主要研究内容

2 大型立式淬火炉温度分布参数模型及传感器配置方法

2．1 淬火炉结构及淬火工艺

2．1．1 淬火炉炉体结构

2．1．2 淬火工艺

2．1．3 淬火炉加热过

2．2 淬火炉温度分布参数系统动态控制模型

2．3 大型立式淬火炉的传感器优化配置方法

2．3．1 问题描述

2．3．2 Fisher信息矩阵的构造

2．3．3 常用的传感器配置的优化算法

2．4 小结

3 蛙跳算法及其改进

3．1 蛙跳算法的工作原理

3．1．1 蛙跳算法原理

3．1．2 蛙跳算法模型

3．2 蛙跳算法的特点及参数设置

3．2．1 算法特点

3．2．2 算法参数设置

3．3 蛙跳算法的执行步骤和流程

3．3．1 蛙跳算法的执行步骤

3．3．2 蛙跳算法的流程

3．4 蛙跳算法的收敛性分析

3．4．1 青蛙个体寻优轨迹分析

3．4．2 全局收敛准则

3．4．3 蛙跳算法全局收敛性分析

3．5 蛙跳算法的改进

3．5．1 蛙跳算法局部寻优过程的改进

3．5．2 蛙跳算法全局寻优过程的改进

3．5．3 改进的蛙跳算法的流程

3．6 算法验证及结果分析

3．6．1 测试函数介绍

3．6．2 测试参数设置和评价标准

3．6．3 仿真测试结果及分析

3．7 本章小结

4 基于混沌蛙跳算法的立式淬火炉传感器优化配置

4．1 淬火炉传感器优化配置目标函数的确定

4．2 具体实现步骤

4．3 算法寻优结果

4．4 结论

5 总结与展望

5．1 所做研究工作的总结

5．2 后续工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果

致谢