基于多目标粒子群算法的锌电解能耗优化方法研究及应用

摘要

湿法炼锌电解过程是硫酸锌溶液中的锌离子在直流电作用下放电析出的电化学过程，能耗是其重要的经济技术指标。锌电解过程工艺复杂，影响能耗的工艺参数多，各参数之间耦合严重、非线性强。实际生产中，工艺参数一般由操作人员以工况稳定为前提，凭经验进行设定，难以实现各参数之间的综合优化，造成锌电解过程能耗高。 针对这一问题，以锌电解过程为研究对象，建立了电流效率和槽电压与电流密度、硫酸浓度、锌离子浓度及电解液温度之间的支持向量机模型，并利用现场数据对所建模型进行了修正。在此基础上，建立了以锌电解过程能耗和用电费用最低为目标，以电流密度、硫酸浓度、锌浓度和电解液温度四个主要工艺参数为优化变量，以产量和生产工艺为约束条件的锌电解能耗多目标优化模型。 研究了多目标粒子群优化算法，针对粒子群算法应用于求解多目标优化问题所得解集的分布性较差和收敛性不好的问题，提出了一种基于归档机制和权重系数法的多目标粒子群算法。该算法引入半可行域概念和竞争选择规则以处理约束问题，在选择规则中引入归档机制保存最好的不可行解，设计了选择算子对半可行域进行操作；在选取个体极值的过程中引入存档技术和权重系数的方法；并将实时变异策略应用到从外部集中选取全局极值的过程，避免了粒子陷入局部非劣最优解。通过对一些标准测试函数进行仿真，验证了所提算法的有效可行性。 最后将提出的多目标粒子群算法应用到锌电解过程能耗优化模型的求解，并采用基于TOPSIS的多属性决策方法得到最终的满意解，实现了锌电解过程的能耗优化。

目录

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英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2锌电解过程能耗优化研究的国内外现状及水平

1.3多目标优化算法的国内外研究现状

1.3.1多目标优化问题的发展现状

1.3.2多目标粒子群算法的研究现状

1.4论文的主要研究内容及结构安排

第二章 锌电解过程工艺分析与建模

2.1锌电解原理概述

2.2锌电解过程工艺分析

2.2.1主要经济技术指标

2.2.2能耗影响因素分析

2.3锌电解过程数学模型

2.3.1支持向量机

2.3.2基于SVM的锌电解过程数学模型

2.4锌电解过程数学模型的修正

2.4.1模型修正的必要性

2.4.2模型修正的方法

2.4.3模型修正结果

2.5锌电解过程能耗优化模型

2.6小结

第三章 基于归档机制的多目标粒子群算法研究

3.1多目标优化方法

3.1.1多目标优化问题的定义

3.1.2多目标优化问题的基本概念

3.1.3多目标优化问题的特点

3.1.4多目标问题的求解方法

3.2多目标粒子群优化方法概述

3.3改进的多目标粒子群算法

3.3.1 AWMOPSO算法的基本思想

3.3.2约束条件的处理

3.3.3非劣解集的构造

3.3.4外部集合

3.3.5个体极值和全局极值的选取

3.3.6 AWMOPSO算法整体流程

3.4实验结果与分析

3.4.1多目标优化算法的评价标准

3.4.2测试函数及实验结果

3.5小结

第四章基于多目标粒子群算法的锌电解过程能耗优化

4.1引言

4.2锌电解过程能耗优化整体方案

4.3锌电解过程能耗多目标优化的一般步骤

4.4锌电解过程能耗多目标粒子群优化策略

4.5算法应用结果分析

4.6多目标决策方法

4.7小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果