基于列队竞争算法的混合算法研究及其在化工过程系统中的应用

论文摘要

化工过程系统综合问题是典型的混合整数规划（Mixed-integer Programming，MIP）问题，随着过程系统研究的规模越来越大，综合问题变得越来越复杂，其求解变得更加困难。混合整数规划问题的求解已成为目前研究的热点与难点。为此，本文试图提出一种有效的混合算法用于求解化工过程系统中的MIP问题。本文提出了基于列队竞争算法（Linear-up Competition Algorithm，LCA）的混合算法，它是LCA与确定性算法的混合。求解策略为两种算法的两层嵌套，外层应用LCA优化整形变量，内层应用单纯形法或序列二次规划算法（SequentialQuadratic Programming，SQP）优化连续变量。本文研究了混合算法的结合机理、实现准则与求解步骤，并通过对测试函数的求解验证了算法的有效性。将提出的混合算法用于化工过程系统中的MIP问题的求解，求解了以下三个方面的问题：（1）白酒勾兑问题：建立了一种新的白酒勾兑混合整数线形规划（Mixed-Integer Linear Programming，MILP）模型，用本文提出的混合算法进行求解，得到了使白酒勾兑成本最低、基酒存储空间利用率最高及操作费用最低的优化结果；（2）多周期操作锅炉蒸汽系统优化调度问题：以操作费用与转运费用之和最小为目标函数，建立了此问题的混合整数非线性规划（Mixed-Integer Non-linear Programming，MINLP）模型，用本文提出的混合算法进行求解，得到了接近于文献值的优化结果；（3）长输热油管道运行操作优化问题：以热力费用与动力费用之和最小为目标函数，建立了此问题的混合整数非线性规划（MINLP）模型，用本文提出的混合算法进行求解，得到略优于文献值的优化结果。本文提出的基于列队竞争算法的混合算法应用于化工过程系统中的MILP及MINLP问题的求解，取得了较好的结果，表明了算法的有效性，为化工过程系统中的MIP问题的求解提供了一种新的求解算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 化工过程系统的MINLP算法简介
• 1.2.1 求解MINLP问题的确定性算法简介
• 1.2.2 求解MINLP问题的现代优化算法简介
• 1.3 本论文的研究内容
• 第2章 基于列队竞争算法的混合算法研究
• 2.1 引言
• 2.2 基于列队竞争算法的混合算法研究
• 2.2.1 混合算法的结合机理
• 2.2.2 混合算法的实现准则
• 2.2.3 基于列队竞争算法的混合算法基本步骤和流程
• 2.3 基于列队竞争算法的混合算法性能测试
• 2.3.1 混合整数线性规划（MILP）问题的性能测试
• 2.3.2 基于列队竞争算法的混合算法可调参数分析
• 2.3.3 混合整数非线性规划（MINLP）问题的性能测试
• 2.4 小结
• 第3章 混合算法在白酒勾兑中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 白酒勾兑优化数学模型的建立
• 3.2.1 模型建立及求解的基本原则
• 3.2.2 优化数学模型
• 3.3 白酒勾兑的实例分析
• 3.3.1 问题分析及模型的建立
• 3.3.2 计算结果与分析
• 3.4 小结
• 第4章 混合算法在多周期操作锅炉蒸汽系统优化调度中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 多周期操作锅炉蒸汽系统超结构模型的建立
• 4.3 多周期操作锅炉蒸汽系统优化调度计算实例
• 4.3.1 问题分析及模型的建立
• 4.3.2 计算结果与分析
• 4.4 小结
• 第5章 混合算法在长输热油管道运行操作优化中的应用
• 5.1 引言
• 5.2 长输热油管道运行操作优化模型的建立
• 5.2.1 长输油管道运输的影响因素
• 5.2.2 长输热油管道操作优化模型的建立
• 5.3 长输热油管道运行操作优化计算实例及分析
• 5.4 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 部分过程系统优化网络资源
• 攻读硕士期间参与完成的论文与科研项目
• 致谢