间歇性甘蔗煮糖结晶过程多目标优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及甘蔗制糖技术领域，特别涉及一种间歇性甘蔗煮糖结晶过程多目标优 化方法。
【背景技术】
[0002] 间歇性甘蔗煮糖结晶过程优化的目的是获得理想的晶体尺寸分布参数，它是评价 产品质量好坏的重要指标而且影响下游操作的有效性。晶体尺寸分布参数主要包括晶体平 均尺寸和晶体尺寸变异系数。
[0003] 间歇性甘蔗煮糖结晶过程作为甘蔗制糖生产过程中最重要的环节，其优化过程早 期主要通过优化糖膏温度曲线实现的。而另外一种相对理想的优化方法则从糖液过饱和 度出发，过饱和度越高则晶体的增长速度越快，但是也会造成成核率的增加，这是结晶过程 所不希望看到的，但是它是影响晶体尺寸分布参数最直接的因素。出于对糖液过饱和度参 数获取难度的考虑，常用糖液锤度代替糖液过饱和度完成甘蔗煮糖结晶过程的优化。除此 之外，还有一些其他的重要参数对蔗糖质量也有很大的影响，比如最初投种的晶体数量、尺 寸、质量大小、糖液纯度、煮糖时间长短等。
[0004] 上述间歇性甘蔗煮糖结晶过程的优化研宄和应用大部份局限于单目标优化，而间 歇性甘蔗煮糖结晶过程属于典型的多目标优化过程。人们通常希望在最短的时间内获得最 大的晶体平均尺寸和最小的晶体尺寸变异系数，而影响这两个参数的过程变量主要包括糖 膏温度、糖液过饱和度、糖液纯度、晶体体积和糖膏体积，此外，投种晶体特征（主要为投种 晶体数量、尺寸和质量）对这两个参数也有很大影响，且这些过程变量和投种晶体特征相 互作用，对晶体平均尺寸和晶体尺寸变异系数的影响复杂。
[0005] 因此，在目前间歇性甘蔗煮糖结晶过程相关过程变量和投种晶体特征与产品质量 关系尚不明确以及传统多目标优化算法难于同时将它们融入优化过程的情况下，有必要研 宄适用于间歇性甘蔗煮糖结晶过程的多目标优化方法，这对决策者实施更好的操作策略获 得理想的蔗糖晶体具有重要的意义。
[0006] 公开于该【背景技术】部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应 当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种间歇性甘蔗煮糖结晶过程多目标优化方法，实现间歇 性甘蔗煮糖结晶过程的优化，优化结果可作为甘蔗煮糖过程优化控制的有力依据，从而提 高甘蔗煮糖工艺的自动化水平，降低人工劳动强度和生产成本。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供了一种间歇性甘蔗煮糖结晶过程多目标优化方法， 包括以下步骤：
[0009] 1)获取投种晶体特征和最终晶体尺寸分布参数；
[0010] 将所述投种晶体特征作为第一约束变量，将所述最终晶体尺寸分布参数作为第一 目标函数，通过所述第一约束变量和所述第一目标函数构建第一初始基因的变量值；
[0011] 2)采用非支配排序遗传算法对步骤1)中所述第一初始基因进行寻优，得到所述 最终晶体尺寸分布参数的Pareto优化解集；
[0012] 3)采用TOPSIS方法对步骤2)中所述最终晶体尺寸分布参数的Pareto优化解集 进行多目标决策，得到最优的最终晶体尺寸分布参数，其对应的所述投种晶体特征为最优 的投种晶体特征；
[0013] 4)获取过程变量和第一晶体尺寸分布参数；
[0014] 所述过程变量包括：糖膏温度、糖液过饱和度、糖液纯度、晶体体积以及糖膏体 积；
[0015] 将所述过程变量作为第二约束变量，将第一晶体尺寸分布参数作为第二目标函 数，通过所述步骤3)得到的最优的投种晶体特征和所述第二目标函数构建第二初始基因 的变量值；
[0016] 5)以步骤3)得到的所述最优的投种晶体特征作为初始变量，采用非支配排序 遗传算法对步骤4)中所述第二初始基因进行寻优，得到所述第一晶体尺寸分布参数的 Pareto优化解集；
[0017] 6)以所述第二约束变量中的所述糖膏温度为依据，对所述第一晶体尺寸分布参数 的Pareto优化解集对应的所述过程变量进行排序；
[0018] 7)输出步骤3)中所述最优的投种晶体特征和步骤6)排序后的所述过程变量。
[0019] 上述技术方案中，所述投种晶体特征包括投种晶体重量以及晶体数量-体积分布 的第零阶距、第一阶距、第二阶距和第三阶距。
[0020] 上述技术方案中，所述最终晶体尺寸分布参数包括最终晶体平均尺寸以及最终晶 体尺寸变异系数。
[0021] 上述技术方案中，所述第一晶体尺寸分布参数包括第一晶体平均尺寸和第一晶体 尺寸变异系数。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0023] 1.本发明将NSGA-II算法和TOPSIS方法进行结合，引入间歇性甘蔗煮糖结晶过程 中，使得间歇性甘蔗煮糖结晶过程的多目标优化更加全面、准确和可靠。
[0024] 2.本发明与传统的NSGA-II算法相比，能够获得更好的晶体尺寸分布参数的 Pareto优化解，产生的种群多样性分布更广泛。
[0025] 3.本发明同时将投种晶体特征和过程变量对间歇性甘蔗煮糖结晶过程产品质量 的影响融入到多目标优化问题，这为它们相互关系的定量优化分析提供了途径，从而有利 于甘蔗制糖技术领域的决策者实施更好的操作策略，进而有效地提高煮糖结晶过程的自动 化水平。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明所述的间歇性甘蔗煮糖结晶过程多目标优化方法流程图。
[0027] 图2为本发明所述的NSGA-II算法流程图。
[0028] 图3为本发明所述的TOPSIS方法流程图。
[0029] 图4(a)为本发明所述的第一晶体尺寸分布参数的Pareto优化解集。
[0030] 图4 (b)为本发明所述的NSGA-II算法产生的第一晶体尺寸分布参数的Pareto优 化解集。
[0031] 图4 (c)为本发明所述的第一晶体尺寸分布参数的Pareto优化解集对应的糖膏温 度曲线。
[0032] 图5(a)为本发明所述的最优的投种晶体特征中投种晶体重量和晶体平均尺寸变 化关系的结果。
[0033] 图5(b)为本发明所述的最优的投种晶体特征中投种晶体重量和晶体尺寸变异系 数变化关系的结果。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细描述，但应当理解本发明的保 护范围并不受【具体实施方式】的限制。
[0035] 如【背景技术】中指出，过程变量和投种晶体特征相互作用，对晶体平均尺寸和晶体 尺寸变异系数的影响复杂，因此间歇性甘蔗煮糖结晶过程多目标优化的难点是如何寻