多目標(biāo)優(yōu)化及其決策方法在銅電解系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、金屬銅是一種十分重要的基礎(chǔ)原料和戰(zhàn)略物資，銅電解生產(chǎn)過(guò)程是獲取高純度精銅產(chǎn)品主要途徑。然而，由于銅電解工業(yè)過(guò)程存在的非線性、時(shí)變、強(qiáng)耦合及反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜等問(wèn)題，關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量的重要的指標(biāo)參數(shù)難以在線測(cè)量，建立生產(chǎn)目標(biāo)與操作參數(shù)間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系模型非常困難，因而影響了銅電解工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化控制的實(shí)現(xiàn)。目前，隨著市場(chǎng)需求的變化和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，銅電解工業(yè)過(guò)程亟需采用高新技術(shù)加快發(fā)展。在銅電解生產(chǎn)工藝日趨成熟、基礎(chǔ)及過(guò)程控制系統(tǒng)裝備水平不斷提高

2、的情況下，銅電解過(guò)程的參數(shù)軟測(cè)量和穩(wěn)態(tài)優(yōu)化技術(shù)已成為進(jìn)一步提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的兩個(gè)重要而聯(lián)系密切的研究課題。
　　 本文基于實(shí)際的銅電解工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，探討了多目標(biāo)優(yōu)化及其決策方法。研究工作主要包括兩大部分，第一部分基于對(duì)銅電解生產(chǎn)過(guò)程能耗和質(zhì)量?jī)?yōu)化控制問(wèn)題的分析，結(jié)合工業(yè)過(guò)程中普遍存在的帶有約束的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，提出了新的多目標(biāo)優(yōu)化方法，并利用提出的優(yōu)化方法求解銅電解過(guò)程的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題。第二部分是對(duì)決策方法的研究，在多屬性決策效用

3、函數(shù)理論的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)的決策方法以適合穩(wěn)態(tài)優(yōu)化的需要。論文內(nèi)容具體安排如下：
　　 (1)基于對(duì)銅電解生產(chǎn)原理、工業(yè)生產(chǎn)流程的深入分析，確定了銅酸成分軟測(cè)量模型的基本結(jié)構(gòu)形式和輔助變量；從質(zhì)量最優(yōu)和降低成本兩個(gè)方面出發(fā)，建立了以銅離子濃度、酸根離子濃度和電耗成本為優(yōu)化指標(biāo)的三個(gè)目標(biāo)函數(shù)。
　　 (2)提出了一種新的多目標(biāo)優(yōu)化粒子群算法來(lái)求解這個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。該方法中采用可變的外部集策略和快速排序方法來(lái)減少計(jì)算量，

4、采用擁擠度算子和強(qiáng)支配關(guān)系保證結(jié)果良好的分布性。通過(guò)測(cè)試函數(shù)的仿真對(duì)比分析以及在銅電解過(guò)程穩(wěn)態(tài)優(yōu)化中的應(yīng)用驗(yàn)證了該方法在收斂性、解的分布性及計(jì)算效率方面所具有的良好品質(zhì)，特別是在求解三目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題時(shí)的突出表現(xiàn)，表明這種算法在多目標(biāo)優(yōu)化領(lǐng)域具有更廣泛的適用性。
　　 (3)提出了一種適合于過(guò)程控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化的多屬性效用函數(shù)多目標(biāo)決策方法，旨在解決流程工業(yè)多目標(biāo)優(yōu)化進(jìn)程中最優(yōu)解的選擇問(wèn)題。由于決策變量幅值（控制器設(shè)定值）的調(diào)整，將

5、使被控過(guò)程從一個(gè)穩(wěn)態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)，其間伴隨著過(guò)程（或?qū)ο螅┑膭?dòng)態(tài)響應(yīng)。若按照原有的決策函數(shù)的關(guān)系求取決策變量，則可能使控制器設(shè)定值的調(diào)整幅度過(guò)大，造成被控過(guò)程較大的波動(dòng)，甚至影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)此，改進(jìn)的決策函數(shù)中綜合了決策者的偏好以及決策變量變化的影響，數(shù)值仿真分析及電解銅生產(chǎn)過(guò)程的應(yīng)用結(jié)果均表明改進(jìn)后的決策方法能夠兼顧決策者期望目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)及決策變量的適度調(diào)整兩個(gè)方面，不僅可以避免因決策變量調(diào)整幅度過(guò)大而影響系統(tǒng)穩(wěn)定的問(wèn)題，而且可