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)過程存在的非線性、時變、強耦合及反應(yīng)機理復(fù)雜等問題，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)過程優(yōu)化控制的實現(xiàn)。目前，隨著市場需求的變化和對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，銅電解工業(yè)過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)及過程控制系統(tǒng)裝備水平不斷提高

2、的情況下，銅電解過程的參數(shù)軟測量和穩(wěn)態(tài)優(yōu)化技術(shù)已成為進一步提高企業(yè)經(jīng)濟效益的兩個重要而聯(lián)系密切的研究課題。
　　 本文基于實際的銅電解工業(yè)生產(chǎn)過程，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，第一部分基于對銅電解生產(chǎn)過程能耗和質(zhì)量優(yōu)化控制問題的分析，結(jié)合工業(yè)過程中普遍存在的帶有約束的多目標(biāo)優(yōu)化問題，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程的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題。第二部分是對決策方法的研究，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)化粒子群算法來求解這個多目標(biāo)優(yōu)化問題。該方法中采用可變的外部集策略和快速排序方法來減少計算量，

4、采用擁擠度算子和強支配關(guān)系保證結(jié)果良好的分布性。通過測試函數(shù)的仿真對比分析以及在銅電解過程穩(wěn)態(tài)優(yōu)化中的應(yīng)用驗證了該方法在收斂性、解的分布性及計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)化問題時的突出表現(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)化進程中最優(yōu)解的選擇問題。由于決策變量幅值（控制器設(shè)定值）的調(diào)整，將

5、使被控過程從一個穩(wěn)態(tài)過渡到另一個穩(wěn)態(tài)，其間伴隨著過程（或?qū)ο螅┑膭討B(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)整幅度過大，造成被控過程較大的波動，甚至影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對此，改進的決策函數(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)過程的應(yīng)用結(jié)果均表明改進后的決策方法能夠兼顧決策者期望目標(biāo)的實現(xiàn)及決策變量的適度調(diào)整兩個方面，不僅可以避免因決策變量調(diào)整幅度過大而影響系統(tǒng)穩(wěn)定的問題，而且可