可重构智能表面辅助通信系统的非线性优化及实验设计

针对可重构智能表面辅助的通信系统,提出了一种智能反射表面开关选择和功率分配的联合设计方法,以改变电磁波传播环境、提高信号传输效率、减少功率消耗。首先,在保证接收端数据传输速率达到一定门限值等多个约束条件下,建立以系统能量效率最大化为目标的多维变量联合非线性优化问题,其中涉及的优化变量包括:智能反射表面开关选择、相位调整和功率分配。在开关选择方面,采用贪婪算法选择开启起主要作用的元器件,并关掉起次要作用的智能反射表面。在功率分配方面,通过求解凸优化问题得到功率分配的闭式解。基于此,设计出一种高传输速率、低功率消耗的迭代优化算法。最后,设计仿真教学实验,通过MATLAB软件,验证了所提出的联合优化算法通过改变电磁波传播环境,有效地提高了信号传输的速率和能量效率;并分析了实验中导致算法性能发生变化的机理,这也有利于帮助学生提高科研创新能力和工程实践能力。

基于非线性优化的激光无人叉车导航用外部参数的自动校准系统

随着移动机器人SLAM导航技术的发展,采用基于工厂的实际环境进行导航的激光无人叉车已逐渐得到大量的应用,而激光无人叉车导航所使用的相关参数的精确性对激光无人叉车导航的精度和稳定性有很大的影响。因此,针对工业场景应用中的基于实际周围环境导航的激光无人叉车,对其相关导航用外部参数进行自动校准的问题开展研究非常必要。针对激光无人叉车的导航用外部参数进行自动校准的问题,采用高斯牛顿迭代法求解根据激光无人叉车运动学模型所计算得出的里程计位姿变化量和根据激光扫描帧匹配所计算得出的激光里程计位姿变化量之间偏差的最小化非线性函数,从而得出校准后精确的导航用外部参数数值,有效提高了激光无人叉车建图和定位的准确性。

基于多物理场耦合模型和非线性优化算法的路面沉降调平参数反演与预测方法

文章提出基于多物理场耦合模型和非线性优化算法的路面沉降调平参数反演与预测方法,以期获得准确反映沉降规律的参数组合,降低沉降预测误差,并以广东某高速公路为研究对象,对该高速公路进行路面沉降调平参数反演以及沉降预测,分析其参数反演性能与沉降预测效果。结果表明:该方法能够通过反演确定路面沉降调平参数,并实现路面沉降量的预测,预测结果与沉降量实测值的相对误差百分比<6%。

基于综合非线性优化方法的倒张型悬索桥非线性优化设计

提出随机优化、零阶优化和一阶优化相结合的综合非线性优化方法,并通过对ANSYS程序的二次开发编制全面优化设计和非线性有限元分析的综合辅助程序,从而对倒张型悬索桥进行非线性优化设计,以更合理地确定倒张型悬索桥设计中的关键因素,最终使倒张型悬索桥的受力和变形达到均匀合理的状态,以利于实际工程设计和应用。从优化设计前后的对比可以看出,本文的综合非线性优化方法和综合辅助程序简单有效,优化的效果显著。

基于ANSYS二次开发的倒张型悬索桥分阶段非线性优化设计

在对倒张型悬索桥进行设计时,基于倒张型悬索桥的施工形成过程,首先建立施工阶段和成桥阶段的参数化有限元模型,然后提出随机优化、零阶优化和一阶优化相结合的综合非线性优化方法。同时,通过对ANSYS程序的二次开发,利用ANSYS的APDL语言和UPFs特性,编制倒张型悬索桥全面优化设计和非线性有限元分析综合辅助程序。采用提出的综合非线性优化方法和编制的综合辅助程序,对施工阶段和成桥阶段的倒张型悬索桥进行优化设计。在优化设计的过程中,考虑各种非线性因素的影响,对倒张型悬索桥设计和施工中的关键因素进行优化,从而使倒张型悬索桥的受力和变形达到比较合理的状态。从优化前后的非线性有限元分析结果来看,文中采用的综合非线性优化方法简单高效,十分利于多变量非线性优化;编制的倒张型悬索桥全面优化设计和非线性有限元分析综合辅助程序,很好地解决了倒张型悬索桥的优化设计问题,优化的效果明显。

炉膛火焰温度场重建非线性优化算法研究

随着数字图像处理技术的发展,使得利用面阵CCD进行电厂锅炉炉膛温度测量成为可能。该文分析了基于火焰辐射图像的炉膛温度场的测量原理,建立了针对测试系统和测量对象的非线性优化数学模型,提出了一种非线性寻优算法,最后在某电厂锅炉进行了验证性试验,并给出了实验结果,结果表明,这种测试方法方便可行,具有一定的应用前景。

基于非线性优化的单目视觉/惯性组合导航算法

针对自主移动机器人在GPS拒止环境下准确实时定位的问题,提出一种单目视觉/惯性组合导航算法。为解决视觉/惯导工作频率不一致问题,利用预积分技术预先处理惯性测量值;引入了一种快速高精度线性初始化方法,分步估计初始系统尺度、重力方向、速度及零偏;结合全局地图三维点约束削弱累积误差,基于是否更新地图点,构建了两种基于非线性优化的单目视觉/惯性紧耦合模型,以保证导航的局部精度及全局一致性。实验结果表明:初始化方法可快速(15 s内)实现高精度状态初始化;与单目视觉导航算法相比,提出的算法不仅可获取绝对尺度信息,且导航精度更高;与传统滑动窗口非线性优化方法相比,提出的算法在窗口优化过程中加入全局地图三维点约束,可有效削弱累积误差,验证了算法的正确性和可行性。

油水相对渗透率曲线非线性优化校正新方法及其应用

实验室测得的相对渗透率曲线仅代表了井点取心段的流动特征,往往与实际生产特征不符,需要在数值模拟历史拟合阶段进行校正,该过程繁琐且耗时耗力。文中提出了一种利用非线性优化理论校正相对渗透率曲线的方法。该方法假定油水相对渗透率呈广泛使用的指数函数关系,通过理论计算与实际含水-采出曲线进行拟合,确定相对渗透率曲线关系式。该方法需要参数少,计算方便、速度快。通过吐哈油田温西3区块历史拟合后的相对渗透率曲线验证,校正后的相对渗透率曲线与历史拟合相对渗透率曲线更吻合,表明校正方法是可行的。校正后的相对渗透率曲线具有较好的代表性,形态良好,克服了曲线上凸。通过新的油水相对渗透曲线计算的理论含水率-采出程度曲线与实际曲线拟合较好,符合实际生产的需要,具有一定的理论和应用价值。

考虑信息结构约束的协调型非线性优化励磁控制

提出了一种在互联电力系统中考虑信息结构约束条件下协调设计非线性优化励磁控制的方法。基于控制信息结构概念和线性二次型性能指标,将控制设计问题转化为求解扩展Levine-Athans方程组,采用直接迭代算法,可快速、精确地求出增益矩阵,进而得到机组端电压、角频率和功率偏差反馈的非线性优化励磁控制。将该方法应用于一个两区域四机电力系统,数字仿真结果表明:得到的控制策略较传统的AVR/PSS增强了系统的人工阻尼、暂态稳定性和区间传输能力。

求解约束非线性优化问题的群体复合形进化算法

分析了SCE UA算法的特性 ,指出该算法仍存在着一些缺陷 .例如 ( 1)SCE UA算法的全局最优性依赖于随机选取的初始点集的多样性 ,若初始点集选取不当 ,搜索进化就会早熟而陷入局部最优解 ;( 2 )SCE UA算法求解具有区间约束的非线性约束优化问题较有效 ,但对于一般的不等式约束非线性优化问题其求解效率有待于进一步提高 .提出了群体复合形进化算法 ,能充分利用目标函数值的信息 ,优化搜索过程具有较强的方向性和目标性 ,收敛速度较快 ,且是全局优化算法 ,能有效地求解不等式约束非线性优化问题 .

Matlab遗传算法工具箱在非线性优化中的应用

投影寻踪是一种降维处理技术,通过它可以将多维分析问题通过投影方向转化为一维问题分析。应用该法的关键在于寻求最佳投影方向,这可以转化为一个复杂的非线性优化问题来进行解决。选取某地区大气环境质量评价的投影寻踪评价模型,编制相关的目标函数和约束函数,应用基于MATLAB的遗传算法和直接搜索工具箱进行优化求解。结果表明:该工具箱在求解此类非线性优化问题上的有效性和方便性,从而为各领域应用投影寻踪模型提供了强有力的优化工具。

针对结构动态非线性优化问题的ESLM梯度优化方法

针对等效静载荷法(Equivalent static loads method,ESLM)求解大变形和多变量结构动态非线性优化问题难以收敛与效率较低的不足,结合结构静态线性优化方法与最速下降法(Steepest descent method,SDM)提出一种高效的基于梯度的等效静载荷法(Equivalent static loads method based on gradient,ESLMG),根据结构动态非线性分析计算得到基于节点位移等效的静态载荷,从而将结构动态非线性优化问题转化为以等效载荷及节点位移为输入条件的结构静态线性优化问题(内层循环);利用内层循环最优解处的梯度信息,同时结合SDM方法更新设计变量(外层循环);将更新的设计变量值作为下一次迭代内层循环的初始值,直到满足收敛条件为止。该方法在保证算法收敛性的前提下,提高了收敛速度。算例表明,该方法对于处理大变形及多变量结构动态非线性优化问题非常有效,在收敛速度方面相比ESLM方法和数值优化算法具有很大的优势。

层次线性优化融合及在乙烯行业能耗指标提取中的应用

传统的乙烯装置能耗评估没有考虑不同装置之间原料、工艺技术和装置规模的差异,且能耗统计方法标准不统一,影响了结果的可比性。针对乙烯装置不同工艺、规模以及不同装置能耗数据(燃料、电、蒸汽和水)分布特点,采用对数据分布适应性好的层次线性优化融合算法提取能耗指标。该算法根据时序数据方差求权重实现最优线性融合,剔除异常能耗数据,保证指标融合质量。应用实例验证了层次线性优化融合算法的有效性,可得到各类乙烯装置及全行业的乙烯能耗多参数指标,有助于找到节能降耗的方向与量化目标,也可用于其他流程装置能耗指标的提取。

基于非线性优化的机器人坐标系标定方法

利用激光跟踪仪检测或校准工业机器人,须先对机器人坐标系进行标定。研究一种基于非线性优化的机器人坐标系标定方法。即在机器人末端固定一靶点,机器人运动多个位姿,激光跟踪仪对靶点进行测量,建立多位姿约束方程,并采用非线性优化算法同步标定机座坐标系及靶点坐标。该方法无须特殊机械工装,可适用于空载或末端带有各类执行器的工业机器人系统。经实验验证:相较于经典封闭解法,该方法采用非线性优化,具有良好的鲁棒性,可有效减小因机器人运动模型不准确引起的转换误差。

非线性优化迭代-紫外分光光度法同时测定苯甲酸钠和山梨酸钾

提出一种用连续波长的紫外光谱吸光度数据对两组分防腐剂(苯甲酸钠、山梨酸钾)混合物体系的定量分析方法。该方法利用连续波长信息将摩尔吸光系数和待测浓度同时作为自变量,建立非线性优化模型,对于组分浓度差较小的混合物体系经一次优化分析计算可得待测浓度;混合物中浓度差较大的体系经四次左右优化迭代,逐步降低误差得分析结果,相对误差可控制在1.52%之内。分析结果表明该法稳定、准确、简便快速、实用灵活,可对食品防腐剂进行定量测定。

产量构成非线性优化模型的研究与应用

将油田产量构成分解为 9部分 ,以总产量的利润之和最大为最优目标 ,以平均吨油成本不大于规定成本作为成本约束条件 ,以各产量部分投资之和不超过总投资作为投资约束条件 ,以 9个决策变量要满足其上下限为决策变量约束条件 ,建立了产量构成非线性优化模型 ,可用于求得规划期内每年总产量和各部分产量及其成本、利润等指标。应用油田开发历史数据 ,用带有外部激励的自回归滑动平均模型预测优化模型参数 ,用最小二乘法多项式拟合产量与工作量之间的非线性关系 ,用遗传算法求解非线性模型。对某油田产量构成非线性优化结果符合该油田的实际。表 1参

非线性优化方法在大气和海洋科学数值研究中的若干应用

控制大气和海洋运动的模式是复杂的非线性模式,在考虑到线性奇异向量和线性奇异值只能描述切线性模式有效时段内小扰动发展的情况下,介绍了作者们近年来用非线性优化方法数值研究大气和海洋科学的有关工作,其中包括非线性奇异向量和非线性奇异值、条件非线性最优扰动、以及它们在数值天气和气候可预报性研究中的应用· 结果表明,上述非线性优化方法在很大程度上揭示了大气和海洋运动的非线性特征;此外,对可预报性问题的新分类也做了详细介绍,即最大可预报时间、最大预报误差和最大允许初始误差· 这种分类的应用背景是针对数值天气预报和气候预测产品的评价;最后,讨论了数值模式敏感性分析的非线性优化方法,该方法在一定条件下可以定量识别模式误差和初始误差。

高能不敏感PBX炸药非线性优化设计方法(Ⅱ)

为探索高能不敏感高聚物粘结炸药(PBX)配方设计理论和方法,基于PBX炸药构效关系研究,提出了高能不敏感PBX配方设计多目标非线性优化设计的一般数学模型。针对HMX/TATB//F2314/F2311体系,在实验研究获得感度-组成函数关系的基础上,建立了以圆筒比动能、特性落高、冲击波感度为多目标函数,以能量水平、感度水平以及组分含量范围为约束条件的具体数学模型,据此设计了8种能量水平的10个PBX配方,并给出了相应的能量和冲击波感度预估值。选择了其中4种配方进行实验验证,结果表明,设计模型给出的能量和冲击波感度预估值与实测值偏差分别在5%和6%以内,特性落高预估值与实测结果则在同一水平。

解非线性优化问题的混合加速遗传算法

通过在实码遗传算法进化过程中加入改进的步长加速学习算子 ,并利用实码遗传算法和步长加速法所得到的优秀个体群 ,作为变量新的变化范围 ,逐步缩小搜索空间 ,自动向最优解收缩 ,提出了求解不可微非线性函数全局解的一种新方法———混合加速遗传算法 (HAGA) ,给出了HAGA算法实施的详细步骤 ,建立了HAGA相应的收敛定理 .理论分析和实例分析表明 ,HAGA具有准确、快速和适用性强等特点 ,是一种既可以较大概率搜索全局最优解 ,又能进行局部细致搜索的优秀非线性优化方法 ,可广泛应用于各种不可微函数优化问题中 .

基于迭代扩展Kalman滤波建议分布和线性优化重采样的快速同步定位与构图

针对标准快速同步定位与构图(FastSLAM)方法中由于样本退化及贫化导致自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)及路标位置估计精度严重下降的问题,该文提出一种基于迭代扩展Kalman滤波(Iterative Extended Kalman Filter,IEKF)建议分布和线性优化重采样的FastSLAM方法,通过IEKF融入最新观测值从而降低样本退化,为了降低样本的贫化,将重采样过程中复制的样本与部分被抛弃的样本通过线性组合产生新样本。建立AUV的运动学模型、特征模型及传感器的测量模型,通过Hough变换提取特征构建全局地图,采用改进的FastSLAM方法基于海试数据进行了AUV同步定位与构图试验,结果表明该文所设计的方法能够有效避免样本的退化及贫化,提高了AUV及路标的位置估计精度;此外,一致性分析结果表明所设计算法具有长期一致性。