基于差分進化的選礦運行指標多目標優(yōu)化方法.pdf

1、我國赤鐵礦資源豐富，但其品位低、磁性弱、礦物成分復(fù)雜等特點增大了選別難度，因此選礦廠常采用焙燒-磁選工藝進行選別以得到質(zhì)量合格的精礦和尾礦。選礦過程運行指標優(yōu)化是以確定各工藝中運行指標設(shè)定值為目的，使優(yōu)化所得設(shè)定值在符合各類約束的同時實現(xiàn)綜合精礦品位和綜合精礦產(chǎn)量的最大化。由于運行指標和綜合生產(chǎn)指標之間機理復(fù)雜，難以用精確的數(shù)學(xué)模型進行描述，因此很難采用現(xiàn)有的傳統(tǒng)優(yōu)化方法進行指標決策。所以實際中運行優(yōu)化指標設(shè)定值往往由人工經(jīng)驗選取，存在

2、隨機性大、調(diào)整不當或不及時會造成產(chǎn)品質(zhì)量差、能耗高、資源消耗大等問題。因此，研究如何代替人工經(jīng)驗進行運行指標設(shè)定值的確定對提高綜合精礦品位和產(chǎn)量具有重要意義。
　　與傳統(tǒng)優(yōu)化算法不同，進化算法對所優(yōu)化的問題具有廣泛的適用性，而不會過度要求可導(dǎo)、連續(xù)、單峰等性質(zhì)。利用智能進化算法可實現(xiàn)運行指標決策優(yōu)化，且同時可根據(jù)生產(chǎn)實際工況而在滿足多目標和約束要求的非支配解集中選取合適的設(shè)定值。因此，研究如何利用智能優(yōu)化算法代替人工經(jīng)驗來進行選礦

3、運行指標決策，確定各個運行過程中的指標設(shè)定值使綜精品位和綜精產(chǎn)量盡可能高以達到期望生產(chǎn)目標是具有重要理論研究意義和應(yīng)用價值。
　　近年來，差分進化算法以其結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)、收斂快速、魯棒性強以及易與其它優(yōu)化技術(shù)策略混合的特點被成功應(yīng)用于多個領(lǐng)域。因此本文針對上述問題，依托國家自然科學(xué)基金項目《復(fù)雜工業(yè)過程運行指標閉環(huán)優(yōu)化方法研究(61273031)》，開展基于差分算法的選礦生產(chǎn)全流程運行指標優(yōu)化決策方法的研究，主要工作如下：

4、r>　　1)選礦過程運行指標的優(yōu)化決策問題描述。給出了選礦過程運行指標優(yōu)化決策的性能指標——綜合精礦品位和產(chǎn)量輸出的描述，確立了優(yōu)化決策的約束條件和決策變量，并對上述運行指標優(yōu)化決策問題的重要性和難度進行了分析。
　　2)提出了一種基于正交設(shè)計和存檔機制的混合差分進化算法——OPEADE。算法引入正交技術(shù)以增強種群多樣性;引入存檔機制以減少優(yōu)秀解丟失的概率，同時存檔種群可作為精英池，利用池中精英解指導(dǎo)種群進化;引入自適應(yīng)ε占優(yōu)技術(shù)

5、使得期望解的數(shù)量可控，以大幅提高運行速度，同時自適應(yīng)技術(shù)的引用還能減少待設(shè)定參數(shù)個數(shù)，提高算法的易用性。同時，為驗證算法中各個核心技術(shù)的有效性，本文將所提出的方法與五種算法:基本差分算法DE、與正交實驗設(shè)計結(jié)合的差分算法ODE、基于Pareto占優(yōu)更新存檔機制的混合差分算法ArchiveDE、基于ε占優(yōu)更新存檔機制的混合差分算法 E-DE以及OPEADE構(gòu)架相同但啟用隨機種群初始化的RPEADE算法對比以判定各技術(shù)的引入對所提算法的優(yōu)劣

6、影響及程度。利用ZDT1（高維凸函數(shù)）、ZDT2（高維非凸函數(shù)）和ZDT3（高維不連續(xù)凸函數(shù)）三種標準測試函數(shù)對六種算法在四種進化條件下進行算法性能測試，并選用收斂性指標γ、多樣性指標Δ和可以綜合考慮收斂性和分布性的超體積比率hyper_ratio三種性能評價標準對優(yōu)化結(jié)果進行優(yōu)劣性能分析。分析結(jié)果最終表明，各技術(shù)的引入在收斂性、多樣性和分布性上對算法均存在提高作用，且本文提出算法具有良好的收斂性能和分布性能，尤其是在可以綜合評定算法多

7、樣性和收斂性的超體積性能指標優(yōu)劣排名中，OPEADE僅一次排名第二，其它情況皆為最優(yōu)，驗證了該算法在多目標優(yōu)化性能上具有收斂性強、多樣性好、分布均勻的特點。
　　3)采用本文所提出的OPEADE算法，結(jié)合選礦過程運行指標決策問題，提出了基于OPEADE算法的選礦過程運行指標優(yōu)化決策方法。由于選礦運行指標優(yōu)化分解的數(shù)學(xué)模型機理復(fù)雜，難以確定其真實最優(yōu)解，無法直接利用本文采用的γ、Δ和hyper_ratio三種性能指標判定選礦運行指標