铜电解液循环系统的多目标稳态优化

摘要

江铜集团有色金属闪速冶炼过程综合自动化系统产业化示范工程是国家发改委批准设立的国家工业自动化高技术产业化的一个专项，本课题铜电解液循环系统的稳态优化是该专项的一个重要的子课题。 电解生产过程由电解槽、添加剂的制备、电解液净化处理、循环加热、压滤和综合回收等工艺环节组成，各工艺环节的运行状况相互影响，其中，电解槽中电解液化学成份的变化直接影响产品的质量。从过程控制来看，电解过程具有工艺反应机理复杂、非线性、强耦合、时变和大滞后等复杂工业过程的特点。 在正常生产的情况下，处理量不变，但由于慢扰动因素的影响，整个生产过程会偏离最优点，稳态优化就是在这种情况下寻找操作参数来维持工业过程的最优工况。电解铜生产过程的操作参数一般仅凭操作人员的经验而定，带有很大的主观性和随意性。所以研究一种实用的优化方法，给操作人员以操作指导成为工业控制领域中一个很重要的研究方向。 本文分析了铜电解的基本生产机理，铜电解液成分的影响因素，电耗的影响因素，在此基础上，以电解铜优质和节能为目的，建立多目标优化的两个目标函数。并根据江铜电解材料和工艺要求，建立了优化的约束条件，从而得到一个多目标优化模型。 在深入研究多目标优化方法和多目标遗传算法的基础上，提出了一种加入局部搜索的多目标遗传算法，该方法是在非劣分层遗传算法的基础上，设计的模拟退火局部搜索算子对遗传算法每一代个体中的一层、二层非劣解进行模拟退火的局部搜索，弥补了遗传算法中局部搜索能力差，易早熟的缺点，大大提高了搜索速度。而且这个改进算子可以应用于所有的基于Pareto最优解的多目标优化算法。 将加入局部搜索的非劣分层遗传算法应用于解决从铜电解液循环系统提取的多目标优化模型，仿真结果显示，由于加入局部搜索的非劣分层遗传算法的种种优势，可以很好地应用于解决该优化问题。 本文对多目标决策方法进行研究，总结了优化和决策之间的关系，针对电解过程机理复杂、非线性、强耦合、时变和大滞后等复杂工业过程的特点，对伪权向量法进行了改进，并利用改进的方法对加入局部搜索的非劣分层多目标遗传算法得到的非劣解进行决策，仿真结果显示该方法可以得到实用、有效的非劣可行解。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景及意义

1.2电解铜的生产概述

1.2.1生产原理

1.2.2生产工艺

1.3稳态优化的发展及研究现状

1.3.1传统优化技术

1.3.2智能优化技术

1.4本文的主要工作

第二章铜电解液循环优化模型的研究

2.1模型总体构想

2.2成分技术指标

2.2.1成分技术指标目标函数的确定

2.2.2对电解液铜、酸含量有影响的因素分析

2.2.3软测量模型的建立方法

2.2.4建模数据预处理

2.3能耗指标

2.3.1能耗指标目标函数

2.3.2能耗软测量模型的建立

2.4约束条件

2.5本章小结

第三章多目标优化与多目标遗传算法

3.1多目标优化的基本概念

3.1.1 Pareto最优的概念

3.2多目标遗传算法设计的关键技术

3.2.1适应值设计

3.2.2维持群体多样性

3.2.3精英保留策略

3.2.4小生境算子

3.2.5约束问题的处理

3.3典型多目标遗传算法介绍

3.3.1基于单目标群体优化多目标遗传算法的代表算法

3.3.2基于非劣解分级的多目标遗传算法

3.3.3保留优秀群体策略的非劣解分级多目标遗传算法

3.4本章小结

第四章非劣分层多目标遗传算法的改进以及非劣解决策方法的改进

4.1模拟退火算法知识概述

4.1.1模拟退火算法的思想

4.1.2模拟退火的步骤

4.2加入局部搜索的非劣分层多目标遗传算法

4.2.1算法的基本流程

4.2.2编码，解码的方法

4.2.3非劣分层方法

4.2.4对1层和2层非劣个体进行局部搜索

4.2.5小生境的计算

4.2.6适应度计算和精英保持

4.2.7选择方法

4.2.8交叉和变异

4.1多目标决策与多目标优化的关系

4.1.1先验优先权技术

4.1.2优先权演化技术

4.1.3后验优先权技术

4.2后验优先权技术中的常用方法

4.2.1折中规则法

4.2.2伪权向量法

4.3多目标决策方法的改进

4.3.1非劣解决策的准则

4.3.2用于多目标稳态优化决策的伪权向量法的改进

4.4实例仿真验证分析

4.4.1多目标优化方法验证分析

4.4.2多目标决策实例分析

4.5本章小结

第五章多目标遗传算法在电解铜循环优化中的应用

5.1优化模型的分析

5.2优化程序设计

5.3仿真分析

5.4本章小结

第六章结论与工作展望

6.1结论

6.2工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间所发表的论文情况