检索结果-内蒙古大学图书馆

热能动力工程 2020年第4期35卷 174-180页

作者：王旭陈海峰谢霄虎张娟陕西科技大学机电工程学院陕西西安710021 陕西秦科世博航空科技有限公司陕西咸阳712034

采用数值模拟的方法,研究了波纹型翅片的翅高H、翅宽S、振幅A和波长λ对摩擦因子f及传热因子j的影响,并且构建Kriging响应面来近似目标函数与设计变量之间的关系,利用多目标遗传算法MOGA对板翅换热器波纹翅片的结构参数进行优化。结果表... 详细信息

采用数值模拟的方法,研究了波纹型翅片的翅高H、翅宽S、振幅A和波长λ对摩擦因子f及传热因子j的影响,并且构建Kriging响应面来近似目标函数与设计变量之间的关系,利用多目标遗传算法MOGA对板翅换热器波纹翅片的结构参数进行优化。结果表明:翅片高H对摩擦因子f、传热因子j及综合性能FTEF的敏感性最为不显著,波长λ和振幅A对摩擦因子f影响显著且分别呈负向增长和正向增长,翅宽S对传热因子j敏感性最为显著且呈负向增长,翅宽S和波长λ对综合性能FTEF的敏感性最为显著且分别呈负向增长和正向增长;在翅片通道雷诺数为800~1 000时,以翅高H、翅宽S、振幅A和波长λ为设计变量,以摩擦因子f最小、传热因子j最大及综合性能FTEF最大为目标函数进行多目标优化设计,得到最佳的波纹翅片参数。

关键词：波纹型翅片多目标遗传算法 Kriging响应面目标函数优化设计

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新型窄轨跨座式单轨车辆悬挂参数优化研究

新型窄轨跨座式单轨车辆悬挂参数优化研究

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作者：何燕西南交通大学

学位级别：硕士

跨座式单轨交通车辆具有爬坡能力强、曲线通过半径小以及线路规划对城市空间利用率高等优点。近年来在国内引起了广泛关注。本文针对新型窄轨跨座式单轨车辆,详细分析了跨座式单轨车辆的总体结构、拓扑关系以及走行和导向机理。基于多... 详细信息

跨座式单轨交通车辆具有爬坡能力强、曲线通过半径小以及线路规划对城市空间利用率高等优点。近年来在国内引起了广泛关注。本文针对新型窄轨跨座式单轨车辆,详细分析了跨座式单轨车辆的总体结构、拓扑关系以及走行和导向机理。基于多体动力学建模理论,在UM软件中建立新型窄轨跨座式单轨车辆动力学仿真模型。参考GB/T 5599-2019中相关动力学性能评价指标,结合跨座式单轨车辆的结构特点,分析并选取出适用于跨座式单轨车辆的动力学性能评价指标,以此研究车辆悬挂参数对新型窄轨跨座式单轨车辆动力学性能的影响规律,并分析了车辆动力学性能对各悬挂参数的灵敏度。采用小生境多目标遗传算法对新型窄轨跨座式单轨车辆悬挂参数进行了优化分析。最后,基于新型窄轨跨座式单轨车辆-轨道梁耦合动力学模型,研究了轨道梁挠跨比和轨道梁支座垂向刚度对车辆动力学性能的影响。通过以上研究主要得到如下结论:1.通过分析空气弹簧刚度、抗侧滚扭杆刚度、垂向减振器阻尼和横向减振器阻尼等11个车辆悬挂参数对动力学性能指标的影响规律,以及车辆动力学性能对各个参数灵敏度,结果表明:空气弹簧刚度、垂向减振器阻尼、横向减振器阻尼、走行轮垂向刚度和走行轮侧偏刚度对车辆系统动力学性能指标的影响更为显著。2.以新型窄轨跨座式单轨车辆平稳性指标、车体侧滚角和走行轮侧倾角为目标函数建立评价函数,利用小生境多目标遗传算法对空气弹簧刚度、横向减振器阻尼、垂向减振器阻尼、走行轮垂向刚度和走行轮侧偏刚度进行了优化。结果表明:利用遗传算法优化得到的参数能够使新型窄轨跨座式单轨车辆动力学性能达到更优。3.建立了新型窄轨跨座式单轨列车-轨道梁动力学耦合模型,研究了轨道梁挠跨比和轨道梁支座对车辆动力学性能的影响。结果表明:当轨道梁的挠跨比小于1/6000时跨座式单轨车辆的垂向平稳性指标能够取得较优的结果;轨道梁支座刚度对车辆垂向平稳性指标具有显著影响,随着支座刚度的增加车辆垂向平稳性指标呈现改善趋势,因此针对新型窄轨跨座式轨道梁支座垂向刚度建议大于40MN/m。

关键词：新型窄轨跨座式单轨车辆动力学性能参数优化多目标遗传算法车桥耦合

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山药切片真空干燥特性及模型研究

山药切片真空干燥特性及模型研究

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作者：张记西南大学

学位级别：硕士

山药是一种药用和食用价值很高的“药食同源”作物,在我国的种植和食用历史悠久,种植面积和产量位居世界前列。新鲜收获的山药含水率高达80%左右,在运输和贮藏过程中极易受环境条件和微生物的影响而发生腐烂、霉变等品质恶化现象,造成... 详细信息

山药是一种药用和食用价值很高的“药食同源”作物,在我国的种植和食用历史悠久,种植面积和产量位居世界前列。新鲜收获的山药含水率高达80%左右,在运输和贮藏过程中极易受环境条件和微生物的影响而发生腐烂、霉变等品质恶化现象,造成较大的资源浪费和经济损失。干燥是山药贮藏和深加工过程中的重要环节之一,通过降低山药的水分活性来延长贮藏时间和保持品质稳定,然而传统的山药干燥方式无论是在干燥效率上,还是在干燥品质上均存在较大问题。真空干燥是一种新兴的绿色干燥技术,与传统干燥方式相比在干燥品质、节能和环保方面具有较强优势,发展前景十分广阔。本文利用真空干燥技术对山药进行干燥处理,首先,以干燥温度、真空度和切片厚度为试验因素,进行干燥试验,分别利用9种薄层干燥数学模型和BP神经网络模型拟合试验数据,对山药切片的真空干燥特性和数学模型进行探究;其次,利用Weibull分布函数对山药切片的真空干燥过程进行解析,探讨Weibull模型的适用性,并以复水比、白度指数和褐变指数为指标对干燥品质进行评价;再次,固定干燥温度60℃、真空度0.05MPa、切片厚度4mm,选用热烫、柠檬酸、焦亚硫酸钠、氯化钠4种果蔬干燥常用的预处理方式对山药切片进行预处理,探究预处理方式和处理时间对山药切片真空干燥特性和品质的影响;最后,设计Box-Behnken响应面优化试验,以平均干燥速率、单位能耗、复水比和白度指数为指标,分别利用加权评分法和多目标遗传算法对山药切片真空干燥工艺进行优化,并对优化结果进行对比分析。本文主要研究结论如下:（1）山药切片真空干燥特性和数学模型研究表明,山药切片真空干燥过程属于降速干燥过程,干燥温度和切片厚度对干燥时间影响较大,真空度影响对其影响较小,有效水分扩散系数在4.004×10-9～3.465×10-8 m2/s之间,随温度升高、真空度增加和切片厚度增加而增大;山药切片真空干燥活化能为33.802 k J/mol,在一般农产品的活化能范围之内;9种薄层干燥数学模型中Midilli模型对试验数据的拟合效果最好;BP神经网络模型网络结构为4-11-1,传递函数依次为Tansig函数和Purelin函数时拟合效果最好,与Midilli模型相比BP神经网络模型在应用范围上更广泛,为山药切片真空干燥的最佳模型。（2）通过运用Weibull分布函数对山药切片的真空干燥过程进行解析,发现Weibull分布函数对山药切片在干燥过程中的水分变化规律具有较高的模拟精度,所有条件下的决定系数均在0.99以上;通过对干燥品质进行分析,发现真空度和切片厚度对复水比影响显著,干燥温度对其无显著影响,分别在50℃、0.05MPa和4mm时取得最大值;干燥温度、真空度和切片厚度对白度指数和褐变指数均有显著影响,白度指数分别在60℃、0.05MPa和2mm时取得最大值,褐变指数分别在50℃、0.05MPa和2mm时取得最小值。（3）通过对预处理后山药切片的真空干燥过程和干燥品质进行分析,发现预处理后山药切片的干燥过程仍属于降速干燥过程,预处理最高可将有效水分扩散系数提升1.13倍;预处理对干燥时间的影响主次顺序为:焦亚硫酸钠（29）柠檬酸（29）氯化钠（29）热烫,最高可将干燥时间缩短13.51%;预处理对复水比的影响主次为:氯化钠（29）焦亚硫酸钠（29）柠檬酸（29）热烫,最高可将复水比提高62.07%;预处理对白度指数和褐变指数的影响主次为:热烫（29）焦亚硫酸钠（29）柠檬酸（29）氯化钠,白度指数最高可提升10.30%,褐变指数最大可降低38.86%。（4）通过对比多目标遗传算法和加权评分法的优化结果,发现在单位能耗、复水比和白度指数相接近的情况下,多目标遗传算法优化得到平均干燥速率相较于加权评分法提升了24.57%,优化结果更为合理;山药切片真空干燥的最优工艺参数为:热烫3min、干燥温度63.76℃、真空度0.0532MPa和切片厚度2.46mm,所对应的指标值为:平均干燥速率0.00897g/（g·min）、单位能耗14.205k W·h/kg、复水比2.078和白度指数81.22;各指标优化值与试验值相对误差小于5%,基于多目标遗传算法得到的最优工艺参数具有较高可靠性。

关键词：山药真空干燥数学模型预处理多目标遗传算法工艺优化

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一种新型增程式电动汽车动力系统及其控制策略优化研究

一种新型增程式电动汽车动力系统及其控制策略优化研究

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作者：李斌昆明理工大学

学位级别：硕士

近些年由于能源危机的压力,以及环境污染的影响,各国政府加大对新能源汽车研发的力度,并且制定一系列政策促进新能源汽车市场的发展。插电式混合动力汽车结合了纯电动汽车和传统燃油车的优点,增程式电动汽车作为插电式电动汽车的一种,... 详细信息

近些年由于能源危机的压力,以及环境污染的影响,各国政府加大对新能源汽车研发的力度,并且制定一系列政策促进新能源汽车市场的发展。插电式混合动力汽车结合了纯电动汽车和传统燃油车的优点,增程式电动汽车作为插电式电动汽车的一种,成为当前极具市场前景和发展潜力的新能源车型。为克服增程式电动汽车高速工况效率较低,充分利用发动机和驱动电机,本文以一款新型增程式电动汽车为研究对象,对其动力系统进行参数匹配,提出发动机三工作点控制策略和前后轴独立驱动控制策略,根据工况的不同、动力电池SOC的高低、需求功率的大小,汽车可以在不同的工作模式当中自由切换;在仿真软件中对整车进行建模和仿真,并使用多目标遗传算法对整车性能进行优化,具体的研究内容包括:(1)详细介绍了一种新型增程式电动汽车动力系统的构型,该动力系统所设计的结构包括发动机,ISG(Integrated Starter Generator)电机,驱动电机,动力电池,电机控制器,外接插头,平行轴齿轮副,第一离合器,第二离合器,第一减速器,第二减速器;平行轴齿轮副包括:输入轴、第一输出轴和第二输出轴;因此通过离合器的分离和结合,该新型增程式电动汽车可以实现前后轴独立驱动,对其动力系统结构和整车性能要求进行分析后,为了满足整车动力性,对动力系统进行参数匹配和关键零部件的选型研究,得出驱动电机、动力电池、增程器、前后轴传动比、ISG电机的参数值,为整车能量管理策略和动力系统建模奠定基础。(2)研究了基于规则的能量管理策略的基本原则,提出发动机三工作点控制策略,在发动机燃油经济性最优工作区选取三个高效的工作点,且根据需求功率的大小选择低负荷工作点、高负荷工作点以及中等负荷工作点;对动力系统结构进行优化,通过增加平行轴齿轮副和离合器,发动机在高速工况下可经过机械连接,对后轴进行直接驱动;提出了基于确定规则的能量管理策略,基于需求功率和SOC的大小来决定发动机的启停,并基于所提出车速的四个阈值大小来决定发动机工作点;按照不同的工况需求和整车动力系统的状态可将工作模式分为纯电动驱动模式、发动机直驱模式、发动机与ISG电机增程模式、发动机后驱增程模式、驱动电机前驱发动机增程模式、发动机后驱行车充电模式、混合四驱模式;最后对不同工作模式的能量流进行分析。(3)在确定能量管理策略的基本原则之后,为了降低整车开发成本,加快研究进度,在matlab/Simulink仿真平台中建立了本文所提出的前后轴独立驱动的动力系统仿真模型,设计和实现控制策略的切换阈值判断和模式选择;建立了包括动力电池、发动机、主驱动电机、驾驶员驾驶、车辆动力学、能量管理、前后驱动桥以及ISG电机动力系统模型;基于NEDC工况对本文提出的控制策略进行了仿真研究,从而验证动力系统参数匹配的准确性,验证发动机三工作点的可行性,检验控制策略的合理性,为控制策略和动力系统参数的优化提供参考。仿真结果表明,仿真车速可以很好的跟随目标车速的的变化,说明动力系统的参数能够满足动力性需求,本文所提出的控制策略能够响应工况的变化。(4)基于多目标遗传算法对动力系统参数和能量管理策略进行优化,以车辆百公里综合能耗为目标函数,将汽车的电耗等效为油耗,在NEDC工况下,以车速的第一阈值、车速的第二阈值、车速的第三阈值、车速的第四阈值、发动机工作点一的发动机功率、发动机工作点二的发动机功率、发动机工作点三的发动机功率、第一减速器的减速比、第二减速器的减速比为优化变量,通过理论计算求出优化变量的范围,并将优化变量的范围作为约束条件,得到优化之后的油耗值及参数的最优组合,优化之前的百公里综合油耗为5.6279L/100KM,优化之后的百公里综合油耗为4.0236L/100KM,油耗水平和优化之前相比降低了28.51%;对发动机工作点、驱动电机工作点进行分析,可得其工作性能均得到提升,在高效区的工作点和优化之前进行对比,可得优化后在高效区的工作点较多,较优化之前提高了15.13%,对动力电池SOC的变化曲线进行分析,可得优化后的SOC下降曲线更缓慢,通过这些仿真结果验证了优化方法的可行性,进一步得出本文提出的前后轴独立驱动的增程式电动汽车具有良好的动力性和燃油经济性。

关键词：增程式电动汽车能量管理策略多目标遗传算法前后轴独立驱动动力系统参数匹配

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土质心墙堆石坝非饱和渗流参数反演

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水利规划与设计 2021年第8期 130-136页

作者：尹川吴震宇王媛卞康四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室水利水电学院四川成都610065 成都市市政工程设计研究院有限公司四川成都610000

受材料非饱和特性影响,心墙渗流场非饱和区渗压时空分布特性区别于饱和区。采用ABAQUS构建二维土质心墙堆石坝模型,基于BC&BC非饱和渗流本构,进行非饱和非稳定渗流模拟。采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法对反演目标函数寻优。将反演的参... 详细信息

受材料非饱和特性影响,心墙渗流场非饱和区渗压时空分布特性区别于饱和区。采用ABAQUS构建二维土质心墙堆石坝模型,基于BC&BC非饱和渗流本构,进行非饱和非稳定渗流模拟。采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法对反演目标函数寻优。将反演的参数带回有限元计算,非饱和区渗压变化的拟合效果良好,能正确反映大坝心墙渗压的变化。将饱和渗流与非饱和渗流的孔隙水压进行对比,并分析典型时刻心墙和防渗墙的渗透坡降,为心墙渗流安全提供了一定的参考依据。

关键词：土质心墙堆石坝非饱和渗流反演分析多目标遗传算法

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基于多目标遗传算法的西宁市水资源优化配置研究

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水土保持通报 2012年第2期32卷 150-153页

作者：王宏伟张鑫邱俊楠孙天青西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222

对基于多目标遗传算法的水资源优化配置模型进行研究,可为城市水资源可持续利用和规划管理提供一定的参考依据。根据西宁市的水资源实际情况,建立水资源优化配置模型,并利用多目标遗传算法对该区域水资源进行了优化配置。结果表明,在各... 详细信息

对基于多目标遗传算法的水资源优化配置模型进行研究,可为城市水资源可持续利用和规划管理提供一定的参考依据。根据西宁市的水资源实际情况,建立水资源优化配置模型,并利用多目标遗传算法对该区域水资源进行了优化配置。结果表明,在各水平年不同保证率条件下,西宁市水资源经优化配置后的总供水量有所减少,各个水源的供水量亦有不同程度的减少,其中地表水和地下水减少的供水量较为明显。研究结果表明,多目标遗传算法在水资源优化配置中的应用效果较好,优化结果合理可靠。

关键词：多目标遗传算法水资源优化配置

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基于PIV和CFD的双层搅拌反应器优化设计

基于PIV和CFD的双层搅拌反应器优化设计

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作者：赵行西南大学

学位级别：硕士

搅拌反应器因操作灵活性好、适用性强和混合效率高而被广泛应用于农业发酵、生物制药和化学化工等相关行业。在工程领域,具有良好的混合性能同时兼顾绿色节能的搅拌反应器一直是研究者所追求的目标。近年来,集成了计算流体力学(CFD)、... 详细信息

搅拌反应器因操作灵活性好、适用性强和混合效率高而被广泛应用于农业发酵、生物制药和化学化工等相关行业。在工程领域,具有良好的混合性能同时兼顾绿色节能的搅拌反应器一直是研究者所追求的目标。近年来,集成了计算流体力学(CFD)、替代模型和智能优化算法的组合方法极大降低了设计周期和成本,在工业设备建模和优化方面展现出显著的优势和贡献。此外,非线性科学和流体混沌混合理论的发展为定量评价搅拌反应器中混合状态提供了可靠依据。本文基于粒子图像测速(PIV)和CFD方法对5L双层搅拌反应器的操作工艺参数和几何构型进行设计优化研究,主要研究内容及研究结果如下:(1)在搅拌反应器内进行2D-PIV单因素实验,探究了下层桨安装高度、相位角度解析和下层桨类型三个控制因子对反应器流场结构、速度和湍动能分布等测试指标的影响。结果表明,下层桨安装高度在研究区间35-75mm变化时,观测到搅拌反应器内流型从单循环到双循环的转变;圆柱形搅拌反应器内速度和湍动能分布的周期性和周向特性使气体分布器的环形布置优于其它结构;搅拌桨下方取样直线水平范围25-65mm内涵盖了速度和湍动能变化的大部分区域,当采用RT、BBDT和CBDT三种类型的径向流桨作为下层桨时,取样直线上流场的速度和湍动能大小变化并不显著。因此,选择下层桨安装高度和气体分布器直径作为控制因子,并确定试验水平。(2)使用CFD建立搅拌反应器的气液两相流模型,并通过液位差法实验获得的气含率对数值模型进行验证。采用经过验证后的CFD模型结合二次回归正交设计考察了下层桨安装高度、分布器直径和搅拌转速这三个因素对于功率消耗、总体气含率和全局混合性能参数S的影响。方差分析结果表明,下层桨安装高度和搅拌转速对三个指标的显著性大于分布器直径,在双层桨气液搅拌反应器的优化设计过程中,研究者应更加关注下叶轮的高度和搅拌桨转速的设计;回归检验后回归方程P值小于临界值0.05,表明二次回归模型适合描述试验因子与评价指标之间的关系;随后将回归方程输入到Matlab中编写的多目标遗传算法,获得了三目标优化的Pareto前沿解集,最后提出在低负荷/中负荷/高负荷工况下的最优参数优化设计方案。(3)采用分离涡模拟(DES)建立标准全挡板RT-RT搅拌反应器数值模型,并使用PIV技术对其在单相水体系的速度场和湍流动能场进行验证。将实验和仿真归一化后的轴向速度、径向速度和湍动能进行对比,结果表明DES对搅拌反应器流动状况具有较好模拟效果,微观特性监测具有良好的准确性和可靠性。(4)在搅拌反应器中设计出新型45°扭转结构挡板,并对其通用性进行检测。在两种搅拌体系下对扭转挡板综合混合性能进行分析:一是单相流水体系,采用DES方法建立搅拌反应器流场的数值模型,采集流场中的速度和扭矩时间序列,并将最大Lyapunov指数和功率消耗作为评价指标,结果表明新型挡板在不增加功率消耗的情况下可在单相流体系中提供更好的混沌混合性能;二是气液两相流体系,配备有不同黏度的羧甲基纤维素钠溶液,将气含率和混合指数(MI)作为评价指标。结果表明,相较于标准挡板,扭转挡板的存在不利于气体在反应器中的滞留,但在低、中黏度的气液搅拌体系中具有更佳的混合指数。扭转挡板的应用需要考虑到不同的搅拌操作体系和混合目的来使搅拌反应器获得最佳的混合性能。

关键词：双层搅拌反应器计算流体力学粒子图像测速多目标遗传算法扭转挡板

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城市道路多交叉路口信号灯系统协调优化问题研究

城市道路多交叉路口信号灯系统协调优化问题研究

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作者：刘韬沈阳建筑大学

学位级别：硕士

交通系统的良性发展与城市的可持续发展息息相关,近年来,随着我国人均汽车保有量的提升,现有的城市交通系统面临着越来越大的通行压力,交通堵塞和安全事故频发、通行时间变长、环境和噪声污染日趋严重。而在现代智能交通系统领域中,单... 详细信息

交通系统的良性发展与城市的可持续发展息息相关,近年来,随着我国人均汽车保有量的提升,现有的城市交通系统面临着越来越大的通行压力,交通堵塞和安全事故频发、通行时间变长、环境和噪声污染日趋严重。而在现代智能交通系统领域中,单交叉口的优化往往具有很大的局限性,多交叉路口的交通信号协调控制已经成为了本领域的核心研究课题,其基本原理是将多个关联交叉口的交通信号灯连接至中央计算机进行信号参数的协调计算并输出。目前,我国许多城市使用的信控系统以国外引进的TRANSYT、SCOOT、SCATS系统为主。本文以交通信号为研究对象,针对现有的信号控制系统的不足之处,做了如下研究:针对TRANSYT系统中,其周期流分布图和延误时间目标函数是以历史数据为基础进行建模计算,无法满足自适应控制的需要,本文建立了一个基于多目标优化的干线多交叉口控制模型,通过实时检测和计算,它可以提供对于周期时间、绿信比和相位差三个信号控制参数的数值优化,并提供了干线道路上的延误时间、排队长度和停车次数三个重要指标的性能提升。TRANSYT的周期流分布图是通过分析历史平均交通流量来提前配置最佳绿信比和相位差,实现离线定时信号控制。而本多目标模型采用在线数据输入方式,通过多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)的快速寻优计算,实时的完成多交叉口信号的协调优化,产生了明显优于离线定时系统的控制效果。针对SCATS系统中采用的基于方案选择的自适应控制方式,其待选配时方案是基于历史数据进行配置的,不能根据实时数据自动生成,本文研究了现行的两种行程时间估计方法,然后提出了一种基于交通流分散模型的相位差优化方法,用于改进多目标模型的方案生成过程。将入站交通流分解为前一时刻的部分出站交通流与上游交叉口的部分出站交通流之和,得到了相邻交叉口间行程时间的估计模型,从而使相位差能够根据实时流量的变化而变化。仿真结果证明,总体上看,新的相位差优化方法产生的道路性能提升优于现行的两种行程时间估计方法得到的相位差。且相较于SCATS系统中提前配置四种定时方案进行选择的控制策略,应用本文提出的相位差优化方法的多目标模型可以实时生成配时方案,适用于基于方案生成的自适应控制系统中。

关键词：信号控制干线协调多目标优化多目标遗传算法

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梯级水库多目标联合防洪调度及通用平台设计研究

梯级水库多目标联合防洪调度及通用平台设计研究

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作者：漆瑞丰华中科技大学

学位级别：硕士

长江是中华民族的母亲河,它不仅孕育了灿烂的中国文化,同时也给人们的用水、灌溉、航运带来了巨大便利。新中国成立之后,长江流域的水力资源得到进一步开发,建成了以三峡为核心的巨型水库群,进一步提升了长江流域的防洪、灌溉、发电等... 详细信息

长江是中华民族的母亲河,它不仅孕育了灿烂的中国文化,同时也给人们的用水、灌溉、航运带来了巨大便利。新中国成立之后,长江流域的水力资源得到进一步开发,建成了以三峡为核心的巨型水库群,进一步提升了长江流域的防洪、灌溉、发电等能力。然而,如此丰富的水力资源在带来经济效益的同时,在汛期也极有可能造成严重的洪涝灾害。如何在汛期利用长江上游水库群的库容优势,在保障流域整体防洪安全的同时尽可能的利用水能优势提高经济效益,是学术和工程界研究的重点。本文以多目标优化算法为解决问题的切入点,针对三峡的防洪优化调度以及溪向-三峡梯级防洪-发电一体化调度展开研究。于此同时,“构建智慧水利体系,以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”是十四五规划的重要内容和方向。本文建立一套基于微服务架构的分布式水资源管理决策支持系统集成框架,突出了智慧水利数字化、智能化、精细化等特点。本文主要的研究内容和创新性成果包括:(1)深入分析水库在汛期面对防洪问题时遇到的困难,建立以坝前水位最低和水库下泄流量平方最小为目标的多目标优化调度模型,并采用多目标遗传算法NSGA II进行求解。针对模型求解时遇到的约束处理难题,提出一种以水位廊道和物理学摩擦为启发的初始种群产生和交叉变异方法。并以三峡水库作为研究对象,探究了算法的求解效果。结果表明,改进初始种群产生和交叉变异方法后的算法得到的非劣解集在以HV为评价指标下具有更好的性能。(2)为协调汛期梯级水库防洪与发电的矛盾,以溪向-三峡梯级水库为研究对象,建立了以溪向梯级剩余库容最大、溪向梯级发电量最大、三峡最高调洪水位最低的多目标优化调度模型。并以水位为决策变量,以前文所述改进后的NSGA II算法为求解方法,推求多目标下的调度方案非劣解集,所得结果进一步证明改进后算法的有效性。分析计算结果得到结论:溪向梯级发电量、溪向剩余库容、三峡最高坝前水位之间存在明显的竞争关系,一方效益的增加至少会以另外一个指标变差为代价。(3)建立多属性方案模糊优选模型,以溪向梯级剩余库容、向家坝出库流量最大值、三峡最高调洪水位、溪向梯级发电量、水能利用率作为评价指标。对非劣解集方案进行模糊优选,计算得到在不同决策偏好下的较优方案,为调度人员的运行调度提供决策支持。(4)在微服务架构下,搭建了一套高可用分布式水资源管理决策支持系统。充分发挥微服务“高内聚、低耦合、亦拓展”的特点,在极大降低系统开发、维护和拓展难度的同时,显著提升了系统的性能,使其可以自如应对水利信息化大数据、多用户、高并发的网络环境。同时搭建了一套基于token令牌的水资源管理决策支持系统网络安全体系,有效保障了专业数据和模型接口在网络传输中的安全。

关键词：防洪优化调度多目标遗传算法模糊优选分布式系统架构 token

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基于多目标功率控制的无线网络串行干扰优化

基于多目标功率控制的无线网络串行干扰优化

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作者：金健安徽大学

学位级别：硕士

面对大幅度提高5G频谱效率的要求,一种新的多址接入技术被提出,即非正交多址接入(NOMA,Non Othogonal Multiple Access)。在3G时代使用的码分多址(CDMA,Code Division Multiple Access)技术中,多个用户共享一个信道资源,用户的地址码具... 详细信息

面对大幅度提高5G频谱效率的要求,一种新的多址接入技术被提出,即非正交多址接入(NOMA,Non Othogonal Multiple Access)。在3G时代使用的码分多址(CDMA,Code Division Multiple Access)技术中,多个用户共享一个信道资源,用户的地址码具有一定的相关性,这就导致解码时,用户之间相互干扰。而在正交多址(OMA,Othogonal Multiple Access)中,将一个信道分割成多个子信道,例如根据频率分割或时间对信道资源进行分割,每一个子信道只可以分配给一个用户。NOMA技术综合了以上两种技术,即将信道资源分割成多个子信道资源,但每个子信道资源可以分配给多个用户。虽然将正交频分复用(OFDM,Orthogonal Frequency Division Multiplexin)技术的思想应用到NOMA中,保证子信道之间相互正交从而消除子信道之间的相互干扰,但同一子信道仍然被多个用户共享,因此用户之间仍然会产生干扰问题,这些干扰就是多址干扰(MAI)。多址干扰不仅会大幅度降低无线网络系统的性能,还会制约系统所能容纳的用户数量。将串行干扰消除算法(SIC,Successive Interference Cancellation)应用到基站的接收端,就可以有效地降低多址干扰。SIC算法通过迭代的方法求解接收到的多通道混合信号,混合信号包含多个发射节点的信号和噪声,在每一次的迭代过程中,首先将功率最大的信号从包混合信号中消除,然后在剩余的混合信号中再选择最强的信号消除,以这种方式循环探测再消除信号,直到信号的信噪比小于或等于设定的阈值,算法即结束。在无线通信系统频谱资源有限的情况下,该方法可以有效地提高的系统每个节点的网络吞吐量和系统的容量。实现串行干扰消除算法有一个前提,每个移动终端到达基站的信号强度要满足合适的比例范围,即需要控制每个移动终端的发射功率。在使用SIC的无线网络通信系统中,通过调整移动节点的发射功率可以提高网络吞吐量,然而在实际应用中,追求网络吞吐量同的时还应考虑节约系统能耗。本文针对多移动端单基站无线网系统的上行传输,以提高网络吞吐量同时尽可能的节约能耗为目标,采用非合作博弈论算法和多目标遗传算法来优化调整系统中移动终端节点的发射功率,通过仿真实验得出,本文提出的两种串行干扰消除功率控制方法在大幅度提高网络吞吐量的同时还可以减少系统功耗,并根据决策者使用无线网络系统的需求不同,提供相应符合的最优解决方案。本文的主要工作如下:(1)提出了基于非合作博弈论功率控制的串行干扰消除方法,使用非合作博弈的方法来解决优化调整移动节点的发射功率。通过多目标技术中线性加权的方法,以提高信号在基站的信噪比和降低系统功耗为目标建立多目标功率控制模型,将功率控制问题转化为无线节点间的非合作博弈过程。在此基础上设计效用函数,通过调整每个节点的发射功率,使得每个节点都可以获得最大效用。当达到纳什均衡点时,每个节点单独增加传输功率并不能获得更大的效用。仿真分析表明,该算法可以有效提高网络系统中节点吞吐量,并降低系统的总能耗。(2)提出了串行干扰消除基于多目标遗传算法的功率控制。在保证实现SIC算法的前提下,推导出了各节点的最小发射功率公式和多个目标的优化模型。针对多目标模型,对一般NSGA-II进行改进,设计的种群分布性维持策略和不等式约束优化策略,可以提升算法的全局搜索能力,并求得该问题的Pareto最优可行解集。通过实验分析了种群的规模、算法的最大迭代次数对本算法的影响。在相同条件下比较NSGA-II算法改进前后对本问题的影响,同时将改进后的NSGA-II算法与PESA-II算法和MOPSO算法比较,实验结果验证了本文算法的优越性。

关键词：串行干扰消除功率控制多目标优化非合作博弈论多目标遗传算法

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