多参数多目标混沌粒子群参数寻优方法_3

文档序号:9866241阅读:来源:国知局
对于粒子速度初始化kv = 1, 单向禪合映像格子时空混浊序列禪合强度εη = 0.85,初始位置表示为[Xml(0 ),Xm2 (0 ),Xm3 (0),Xm4(0),Xm5(0),Xm6(0)],初始速度表示[Vml(O),Vm2(0),Vm3(0),Vm4(0),Vm5(0),Vm6(0)], 其中m=l,2,
[0094] 步骤3,计算种群中每个个体对应的目标函数的值
[0095] 将当前种群(第k代)中粒子m,m=l,···,M,所代表的多维参数Xmn化),n = l,···,N,代 入待优化问题,计算该次迭代中粒子m对应的所有目标函数的值,表示为[Ji(m,k),j2(m, k),...,Jns(m,k)];
[0096] 对于实施例,建立复合有源巧位软开关Ξ相功率因数校正变换器双闭环控制仿真 模型。仿真模型参数设置如下:Ξ相输入相电压化η = 22〇ν;Ξ相输入电感标称值L = 20mH;电 感和开关等效电阻R=1 Ω ;开关管并联电容Ci = C2 =…= C? =化F;谐振电感以=10化H;巧 位电容Cc = 40yF;输出滤波电容C=1500yF;负载电阻Rl = 300 Q ;输出期望电压Udcref = 600V;开关频率f =10曲Z。将当前粒子的六个参数[Xml化),Xm2化),Xm3化),Xm4化),Xm5化),Xm6 化)]代入复合有源巧位软开关Ξ相功率因数校正变换器仿真模型,运行仿真程序,采集输 出直流电压,电流波形及对应的功率因数值,从而计算得到粒子m在第k代时对应的目标函 数·1"(111,1〇^'2(111,1〇,11(111,1〇的值;
[0097] 步骤4,更新个体历史的最优解
[0098] 对于当前第k代中的第m个粒子,比较其对应的多个目标函数的值与其自身历史最 优位置对应的多个目标函数的值,如果该粒子的每个目标函数的值都不劣于该粒子的历史 最优位置对应的目标函数的值,那么用该粒子的目标函数的值替换个体历史最好目标函数 的值,同时将该粒子位置保存入个体最优集中,具体过程是:
[0099] 若Jl(m,k) Ulmax(m)&j2(m,k) U2max(m)&--.&Jns(m,k) Unsmax(m),"&"表示逻辑与 操作,贝リJlmax(m)=Jl(m,k),J2max(m)=J2(m,k) ?…? Jnsmax (m)二 Jns(rn,k),Pm(im,:)二[Xml (k), Xm2化),…,XmN(k) ],im=im+l ;其中Pm表示个体m的最优解集,i代表个体最优解集中个体最 优解的数目,Pm(im,:)表示满足上述粒子m非劣解条件从而保存入的个体最优解集中的第im 个N维粒子;每个粒子都有一个个体历史最优解集,其中保存了该粒子(在前k次迭代中)的 历史最优解;
[0100] 对于本实施例,具体过程是:若Jvl(m,k) Uvlmax(m)&Jv2(m,k) Uv2max(m)&Ji(m,k) ^ Jimax(rn),贝!J Jvlmax(rn)二 Jvl (m , k) , Jv2max(rn)二 Jv2 (m , k ) , Jimax(rn)二 Ji(m,k) :)二[Xml 化),Xm2化),…,Xm6化)],im = im+1 ;其中Pm表示个体m的最优解集,im代表个体m最优解集中个 体最优解的数目,Pm(im,:)表示满足上述粒子m非劣解条件从而保存入的个体m最优解集中 的第im个N维粒子;
[0101 ] 步骤5,更新粒子速度和位置
[0102]粒子速度和位置的更新迭代公式为
[010;3] Vmn(;k+l)=wVmn(;k)+ci;ri(Ym(n)-Xmn(;k))+C2r2(Yg(n)-Xmn(;k)), (14)
[0104] Xmn 化+l)=Xmn化)+Vmn化), (15)
[0105] 式中Xmn(k)表示粒子m在第k代的第η维位置坐标;Vmn化)表示粒子m在第k代的第η 维坐标上的速度(位置变化率);C1和C2为学习因子,是非负常数;ri和η是介于[0,1]之间两 个独立的随机数;W为惯性权重;Ym(n)从个体历史最优解集中随机选取,Ym(n)=Pm(iim,n), iim=random( 1,im-1),Yg(n)为粒子第η维的全局最优解位置;
[0106] 对于本实施例,学习因子。1 = 2.5,。2=1.5;惯性权重¥ = 0.9;速度限幅¥11131=1,1'1 和η是介于[0,1]之间两个独立的随机数;W为惯性权重;Ym(n)从个体历史最优解集中随机 选取,¥111(11)=?111。:[111,11),;[;[111=招]1(1〇111(14111-1),¥8(11)为粒子的全局最优解第]1维位置;
[0107] 步骤6,更新全局最优解集
[0108] 比较当前第k代种群中所有Μ个粒子对应的每个目标函数的值,将种群中所有粒子 中,任意一个目标函数的值为最大的粒子保存入化reto最优解集Pg中,同时该粒子对应目 标函数的值保存入化reto最优目标函数值集合Pj中,具体算法为:
[0109] 若Jl(m,k)=max{Jl(l,k),...,Jl(M,k)}orJ2(m,k)=max{J2(l,k),...,J2(M,k)} 〇!···〇! Jns(m,k)=max{Jns(l,k),···,Jns(M,k)},其中"or"为逻辑或操作,则粒子m的目标函 数的值保存入化reto最优目标函数值集中,即Pj( j,:)= [Ji(m,k),..·,Jns(m,k)],粒子m的 位置保存入化reto全局最优解集Pg( j,:)= [Xml化),…,XmN化)],j = j+1,j代表化reto最优 解集中个体最优解的数目.
[0110] 对于本实施例,更新全局最优解集的具体算法为:若Jvi(m,k)=max{Jvi(l,k),···, Jvi(M,k)}or Jv2(m,k)=max{Jv2(l,k),...,Jv2(M,k)}or Ji(m,k) =max{Ji(l,k),...,Ji(M, k)};贝lJPg( j,:)= [Xmi化),···,Xm6化)],所对应的Pareto最优目标函数集Pj( j,:)= [Jvi(m, k),Jv2(m,k),Ji(m,k)],j = j+1,j代表肚reto最优解集中个体最优解的数目;
[0111] 步骤7,更新全局最优解Yg
[0112] 求取化reto最优解集中每个粒子对应的多个目标函数与其解集中各目标函数最 大值间的欧式距离,选取欧式距离最小的粒子最为全局最优解,具体过程是:
[0113] 选取全局最优解Yg= [Yg(l),Yg(2),…,Yg(N)] =Pg( j j,:),其中j j为满足下式e
…,足附])的系数,其中[jgi,…, J g η S ]为P a r e t 0最优目标函数集中各目标函数分别能达到的最大值,即
[?/yi,...,Λ,,,.])表示向量的欧式距离,Pj(q,:)表示化reto最优目标函数集第q行所有元素;
[0114] 对于本实施例,全局最优解Yg的更新过程表达为:
[0115] 选取全局最优解Yg=[Yg(l),Yg(2),…,Yg(6)]=Pyg(jj,:),其中jj满足下式S
其中[Jgvl,Jgv2, Jgi]为 P a r e t 0最优目标函数集中各目标函数分别能达到的最大值,即
,,/扣,*4,'])表示向量的欧式距离,q,:)表示化re to最优目标函数集第q行所有元素;
[0116] 步骤8,更新k = k+l,若达到停止条件,即k = kmax,则返回最优粒子Yg作为待优化问 题的解,同时返回其对应的目标函数的值;否则k = k+l,返回步骤3,重新进行更新。
[0117] 本发明多参数多目标混浊粒子群优化方法,能够获得满足多目标控制性能综合要 求的一组PI控制参数,该方法初始粒子能够在多维解空间中实现混浊分布,其效率和稳定 性要优于一般随机初始化W及现有混浊映射初始化方法,同时解决了现有加权多目标优化 中权值难W选择的问题,能够大大缩短参数调制过程,降低对于设计者的经验要求。
[0118] 验证本发明方法的效果
[0119] 图6为现有Logistic混浊映射和本发明单向禪合映像格子时空混浊映射分布比较 图。图6和图7是两种方法针对多维粒子(N=50时)不同粒子m所对应用于描述分布均匀性的 箱形图,图中箱格的长度越长表明该粒子的N维元素分布越均匀。从图6与图7的比较中可W 看到,对于每一个粒子m,本发明所采用时空混浊模型粒子多维元素分布的均匀性都要优于 现有Logistic混浊映射。图8为两种方法当选取粒子m=30时N维元素的分布情况,可W看 到,相对于现有Logistic映射,单向禪合映像格子时空混浊映射具有更为严格的边界条件, 即图8中采用Logistic方法产生的多维粒子包含的"星点"代表的控制参数为0,实际控制中 是不合理的,其在单向禪合映像格子时空混浊映射中是没有出现的。
[0120] 本发明所提方法具有产生粒子在多维解空间中均匀分布的优点,有助于提升优化 算法稳定性及加快算法收敛速度,为了证明运一点,基于同样的多目标粒子群环境,采用本 发明时空混浊模型粒子初始化方法,随机数初始化方法和现有Logistic映射初始化方法的 仿真比较结果如表1所示。表1结果为将上述方法均多次运行(50次)后的结果比较,其中kr 表示不同方法达到优化稳定解所需的平均迭代次数,可W看到,本发明方法具有最快的优 化捜索速度和最大平均目标函数值,即优化效果最好。
[0121] 表1、不同粒子初始化方法效果比较
[0122]
[0123] 为了验证本发明方法基于化reto最优解的多目标混浊粒子群的有效性,与现有PI 控制参数整定方法,加权多目标混浊粒子群方法(目标函数为J = 2Jvi+3Jv2+Ji)的仿真比较 结果如表2所示。
[0124] 表2、Ξ种不同方法优化结果比较
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[0126]
[0127] 从表2可W看到本
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