改进飞蛾火焰算法在多目标水资源优化配置中的应用

水资源紧缺局面愈演愈烈,迫切需要进行水资源优化配置,以此提高水资源利用效率。基于自然元启发的优化算法越来越多的应用于求解多目标水资源优化配置问题。飞蛾火焰算法全局收敛性能较差且容易陷入局部最优解,针对以上问题,结合帕累托最优解概念,引入快速非支配排序策略,利用拥挤度及拥挤度比较算子对飞蛾火焰算法进行改进,继而采用改进的飞蛾火焰算法对ZTD1、ZTD2及ZDT3等3个多目标函数进行仿真实验,结果表明计算得到的帕累托最优前沿接近于理想帕累托前沿,收敛性能及精度优于本文所列举大部分多目标优化算法。最后将改进飞蛾火焰算法应用于三亚市水资源优化配置中,得到了23组帕累托最优解。选择了对缺水量最小有特殊偏好的方案作为最终决策方案,结果显示三亚市不同用水户总需水量39015万m^3,各用水户总分配水量为39015万m^3,缺水量为0,产生的经济效益为203.91亿元。改进的飞蛾火焰算法为多目标水资源优化配置问题提供了新的求解方法。     

规模化猪舍废气复合净化系统设计与试验

为解决规模化猪舍废气排放造成的环境污染问题,设计了一种猪舍废气复合净化系统。该系统采用化学法与水洗法相结合,通过PLC（可编程逻辑控制器）控制系统实时采集净化系统内的pH值、电导率、液位和压差等动态环境数据,智能控制洗涤泵启停和电磁阀通断,自动完成供水、加酸、喷淋和排废4个工作环节。同时,控制系统采用MCGS触摸屏与PLC建立通讯,通过创建人机交互界面实现系统环境数据监测、运行状态流动显示、按需配置系统参数和报警信息输出等多种功能,实现了系统操作的人性化和过程的可视化。系统可根据实际应用中对净化效率和运行成本的要求,实现多种控制模式,均有效抑制了猪舍废气排放。试验结果表明,系统对主要污染成分氨气的平均去除率可达到85%,整体运行可靠、控制简单,经济成本量化清晰。该系统在江西某种猪场实施应用,成效显著,可为畜禽养殖环境废气净化处理的工程应用提供参考。     

基于拓扑优化和形状优化方法的主轴承盖结构设计

提出基于拓扑优化和形状优化的主轴承盖结构设计方法.在拓扑优化建模中,提出基于RAMP插值函数的ICM拓扑优化方法.在形状优化建模中,提出基于近似一差分敏度分析方法的形状优化方法.拓扑优化和形状优化模型以结构响应量为约束,体积最小化为目标,保证不同层次优化模型的承接性.针对某内燃机主轴承盖进行优化设计,优化结构分析结果表明,优化后的主轴承盖在满足结构刚度和强度条件下实现了结构体积最小化.证明提出的方法在主轴承盖结构设计中可行且有效.     

基于ABAQUS的飞机起落架扭力臂的拓扑优化

飞机起落架结构设计在满足一定结构刚度的前提下,应尽可能地轻量化。采用ABAQUS/CAE中的优化模块对起落架的扭力臂进行拓扑优化,基于条件算法建立优化任务,最终优化后的拓扑结构体积下降49.15%,最大应力下降4.09%,实现了轻量化的设计需求,为起落架的优化分析提供参考。     

基于园丁图法的配电网多目标重构

以网损,最小节点电压,操作开关次数,负载率离散度为目标函数,提出了一种基于园丁图法的配电网多目标重构方法。通过引入园丁图分析网络结构,消除开关组合,缩小了搜索空间。通过学习搜索过程已有信息产生自适应参数,改进了和声搜索算法来求解此模型,避免陷入局部最优,提高了算法效率。使用帕累托最优解的概念平衡多个目标之间的矛盾。通过对33节点系统的算例分析,验证了本文方法的有效性。     

6-DOF混联采茶机器人机构设计与动平衡分析

为确保采茶机器人的精准采摘，研究设计安装于移动底盘的6-DOF混联采茶机器人机构。根据基于方位特征的机器人机构拓扑结构设计理论，提出并设计一个6-DOF混联操作手；对混联机构进行正反解位置分析；以杆长之和最小为目标函数，采用非线性规划法对机构进行杆件尺寸优化；应用有限位置法求出完全平衡时配重的质量参数与位置参数；运用遗传算法研究摆动力部分平衡优化，求出其配重质量和位置参数最优解，部分平衡优化结果表明，质心轨迹在y、z方向上的波动分别减少53.72%、25.10%，总摆动力波动减少43.33%，从而验证了部分平衡优化的有效性。为该混联采茶机器人结构设计与样机研制奠定了技术基础。     

基于MOPSO算法的水电机组开机过程多目标优化

为提高水电机组开机过程的动态品质，提出了一种基于非线性模型的水电机组开机规律多目标优化方法。为了准确描述系统的水力和机械动态特性，建立了调节系统非线性模型。选择优化的目标综合考虑转速上升的快速平稳性和对水压波动和机械振动的抑制，选取转速相对误差绝对值积分、蜗壳水压相对误差绝对值积分和最大轴向水推力相对值作为3个目标函数。利用多目标粒子群优化（MOPSO）算法对导叶开启规律进行优化，得到帕累托最优解集，并以加权方式选择4个解进行仿真试验。结果表明，开机规律多目标优化方法能在确保转速平稳上升的同时有效平抑水压波动和机械振动，达到良好的控制品质，优化结果可为水电机组的安全稳定运行提供决策支持。     

农用挖掘机动臂结构优化设计

为了对农用挖掘机进行轻量化改进以降低生产成本,以市场现有的JKW-20山地农用挖掘机挖掘装置为研究对象,对农用挖掘机挖掘装置动臂结构进行参数化建模,运用ANSYS软件对其进行拓扑优化。基于拓扑优化的新结构,设计动臂新结构变量,以动臂结构应力和质量为优化目标,寻求动臂结构尺寸最优解。通过求解结果可知：运用响应面优化法能够使得动臂结构在保持安全可靠的前提下,其质量减轻19.36%,应力降低4.35%。     

焊点布局的结构多目标拓扑优化设计

针对结构优化设计中先分解后组合的重复优化问题,提出一种焊点布局的结构多目标拓扑优化方法.在连续设计域中,给定载荷和约束的情况下,同时优化整个结构的拓扑空间和几何造型,并决定子结构间的连接位置和布局形态.通过有限元分析和基于几何学交叉过程的多目标遗传算法得到Pareto解集,可根据不同需求确定权重,选择最优方案.     

关于水资源市场配置的理论探讨—

完全竞争市场可以通过价格的调节作用确保水资源配置实现帕累托最优。但这种最优状态可能由于无法解决“公平与效率”相互矛盾的难题而导致配置公平的缺失。为了实现二者的兼顾,政府有必要对水资源的市场配置进行干预。     

基于动态RBF代理模型与NSGA-Ⅱ算法的离心泵叶轮优化设计

传统离心泵多目标优化设计中,代理模型的预测精度随着Pareto前沿不断向前推进将逐渐降低,为改善离心泵多目标优化效果,提出一种基于动态RBF代理模型与NSGA-Ⅱ算法的离心泵叶轮优化方法,将生成的Pareto前沿解中部分最优样本添加到RBF样本集中,重新训练RBF代理模型,依据动态代理模型预测子代各样本的目标函数值.以MH48-12.5型离心泵为研究对象,选取叶片的进口安放角、出口安放角及叶片包角为优化变量,采用拉丁超立方抽样(LHS)构建代理模型初始样本空间,并以扬程和效率为优化目标进行多目标优化分析.结果表明：动态RBF代理模型多目标优化方法得到的Pareto前沿要大大优于静态代理模型方法结果,静态代理模型方法得到的Pareto前沿各点均被动态模型方法得到的Pareto前沿所支配;动态代理模型对前沿解的预测精度均大于静态代理模型;动态代理模型方法得到扬程最大点比原始设计高2.86%,比静态模型高1.03%;动态代理模型方法得到水力效率最高点比原始设计效率高4.36%,比静态模型高1.32%.     

2-PUR-PSR并联机构尺度综合多目标优化

针对由外副驱动的三自由度两转一移并联机构运动学性能优化问题,提出一种尺度综合多目标优化设计方法。首先,运用螺旋理论分析机构的运动学性能;其次,将可达工作空间离散为n层,采用极坐标方法计算每层高度的最大内切圆,通过数值方法计算由每层最大内切圆构成的规则圆台工作空间体积;然后,以规则工作空间体积和全局运动/力传递指标为目标函数,以驱动限制和关节转角限制为约束条件,以机构参数为设计变量;最后,采用多目标粒子群优化算法得到目标函数的Pareto最优解集。结果显示,两个目标函数之间存在相互冲突,Pareto前沿的全局运动/力传递性能(GTI)最优值比优化前提高了57.57%,规则工作空间体积（Vr）最优值比优化前提高了37.59%,证明了优化方法的有效性。     

双流道泵蜗壳多目标多学科设计优化

为实现同时提高双流道泵水力性能和结构性能的研究目标,采用均匀试验设计、高精度流固耦合计算、人工神经网络建模以及多目标遗传寻优相结合的方法,选取蜗壳的进口直径、进口宽度、隔舌安放角和扩散段长度为优化变量,利用均匀试验设计方法设计了50组试验,通过流固耦合计算方法得到双流道泵设计工况点的效率以及蜗壳段的最大应力,并以此为优化目标,通过BP人工神经网络训练建立近似函数,设计了离心泵专用的多目标多学科遗传寻优策略对目标函数进行寻优,得到了蜗壳几何参数组合的Pareto前沿。结果表明:相对于原始方案,优化方案的扩压效果明显改善,并且减少了隔舌处及扩散段的回流现象;优化方案的效率得到提升;优化方案的最大应力和最大应力点的平均振动速度显著降低。     

高拱坝基础变形模量多目标线性规

在引进拱坝应力重分析单位变形模量法的基础上，建立了拱坝地基处理的基础变形模量优化的多目标线性规划模型。该模型以不同高程地基变形模量E为设计变量，在人为可以改变地基变形摸量的范围内，利用多目标线性规划的方法寻求对坝体应力、稳定及变形最优、相对基础处理费用又较低的地基变形模量。利用上述模型对我国某高拱坝的地基变形模进行了优化，计算结果表明该数学模型合理，优化效果明显，优化的结果对工程地基处理有较现实的技术支持和指导意义。     

基于帕莱托的汽车悬架参数多目标优化

为了提高汽车平顺性,减少轮胎对路面的动载,以某1/2载货汽车的弹簧刚度和阻尼系数为设计参数,以最大动挠度为约束条件,以车身垂直加速度、前后轮胎动载荷的均方根值为目标函数,运用多目标遗传算法求得三目标的帕莱托解集,经过后期决策得到不同要求下的最优解。结果表明:优化后的悬架弹簧刚度减少而阻尼系数增大,前悬比后悬变化小,性能有大幅度改善,而且采用先寻优后决策的求解模式,能有效弱化先验知识不足的影响,避免局部最优问题,较传统多目标优化方法更为实用有效。     

基于多目标均衡优化的2PRU&1PRS-XY型混联机器人尺度设计方法

面向复杂结构件机器人加工装备设计需求,提出一种2PRU&1PRS-XY型混联机器人。为将该混联机器人应用于高性能机械加工任务,在其工作空间、运动/力传递性以及灵巧度分析的基础上,定义了用于工作全域性能评价的传递稳定性指标与精度差异性指标,提出了一种基于多目标均衡优化思想的尺度设计方法。该方法采用标准化方法简化多参数设计空间,应用响应面法与主成分分析法提高优化求解效率,结合主客观组合赋权法与基于TOPSIS的Pareto前沿法实现多指标综合性能评分。运用所提方法,得到了4种兼顾优化求解效率和多目标均衡优化的尺度参数设计方案,实现了2PRU&1PRS-XY型混联机器人主要尺度参数的优化设计,为设计者提供了具有不同工程设计倾向的多目标均衡决策参考。     

垃圾与煤、秸秆混燃锅炉污染物排放优化

依据山西省某垃圾混燃电厂现场运行数据,建立了垃圾与煤、秸秆混燃锅炉污染物排放过程模型,验证表明模型能够较好地模拟混燃锅炉污染物排放过程。拟合了混燃过程烟气污染物排放多目标优化函数,优化计算得到Pareto最优解集。依据混燃温度在850～900℃时二噁英可被有效分解的工程条件,进一步从Pareto最优解集中选取了污染物排放值能够满足工程要求的锅炉混燃运行工况有效解子集,该子集表明当温度大于850℃时,随煤掺混量适当增加及温度升高,锅炉侧出口二噁英排放值已显著降低,最小值达0.012 8 ngTEQ/m3,远优于烟气最终允许排放国家标准值1.0 ngTEQ/m3及现场烟气经净化处理后测试值0.026 ngTEQ/m3,且其他污染物排放值也远低于现场锅炉侧出口实际测试值。     

多邻域结构多目标遗传算法

为了解决应力约束类桁架结构的尺寸优化多目标问题,提出一种多领域结构的多目标遗传算法应用于尺寸优化设计。利用个体之间欧氏距离信息,将种群划分为多个领域以形成多个小生境种群。该算法为每个个体提供一定数量的邻居个体,并规定只能同邻居个体进行交叉变异操作,通过实验分析了不同邻居规模对算法性能的影响。将新算法与其他经典算法在18个标准测试函数上进行了仿真分析,结果表明,所得到的Pareto前端分布更加均匀且更加逼近真实Pareto前端,具有良好的收敛性和多样性。将该算法应用于经典的25杆空间桁架结构优化的求解,获得Pareto前端更均匀,收敛性更好,相对于其他的优化算法具有更好的优化效果。该算法在程序设计、求解空间及其方法通用性等方面表现出良好的性能,并且简单、实用,更加适合于工程实际应用。     

基于模拟退火算法的减速器多目标优化设计

提出了采用模拟退火算法进行减速器参数的全局优化的方法;针对斜齿轮减速器优化设计的多参数、多目标、多约束特点,建立了多目标优化数学模型;应用层次分析法计算了各目标权重。仿真结果表明,优化参数比原设计参数的优化解要好,说明模拟退火算法用于减速器优化设计是有效、可行的。