基于随机动态规划的热带草原气候灌区种植结构优化研究

为了降低热带草原气候区域可用水资源不确定性带来的灌区规划风险,合理进行灌区农作物的种植结构分配,从而充分发挥灌区经济效益,结合确定性动态规划及随机规划的优点,建立了基于随机动态规划的热带草原气候灌区种植结构优化模型。以塞内加尔卢加灌区为例,通过分析长系列1987-2016年灌区的灌溉可用水量,建立正态分布概率函数进行概率模拟,将随机动态规划模型应用于卢加灌区并将试验结果与确定性动态规划模型结果进行对比。研究结果表明,随机动态规划模型能够充分考虑灌区灌溉可用水量的不确定性,对灌区种植结构进行合理优化,相较于确定性动态规划的种植结构结果,平均每年增加1.37亿CFA的经济效益;随机动态规划模型的种植结构规划结果能够有效应对干旱等极端气候条件带来的影响,在极端干旱时(如1987年)灌区经济效益较确定性动态规划增加5.33亿CFA,使灌区发挥较高且稳定的经济效益。研究成果有利于灌区制定合理的农田管理和种植决策,为灌区农业经济可持续发展提供科学依据。

计及电制氢和碳捕集的园区综合能源系统动态规划

“碳达峰,碳中和”目标对综合能源系统提出了低碳高效的新要求。针对园区综合能源系统的源-网-荷-储联合规划问题,基于Bellman最优理论将系统净收益最大化的规划模型进行分解,建立“风光储协同-多能互联耦合-能源消纳制氢-最优碳捕集”的多阶段动态规划模型并求解设备的最佳配置方案。结果表明,该模型在经济性和环保性方面具有显著优势,电制氢收益可观并促进电能就地消纳,碳捕集降低了系统碳排放并具有售卖CO_(2)气体和碳配额的双重收益,同时在动态规划过程中达到了最佳的电制氢配置和最优的碳捕集比例。

命令式动态规划类算法程序推导及机械化验证

动态规划是一种递归求解问题最优解的方法,主要通过求解子问题的解并组合这些解来求解原问题.由于其子问题之间存在大量依赖关系和约束条件,所以验证过程繁琐,尤其对命令式动态规划类算法程序正确性验证是一个难点.基于动态规划类算法Isabelle/HOL函数式建模与验证,通过证明命令式动态规划类算法程序与其的等价性,避免证明正确性时处理复杂的依赖关系和约束条件,提出命令式动态规划类算法程序设计框架及其机械化验证.首先,根据动态规划类算法的优化方法(备忘录方法)和性质(最优子结构性质和子问题重叠性质)描述问题规约、归纳递推关系式和形式化构造出循环不变式,并且基于递推关系式生成IMP(minimalistic imperative programming language)代码;其次,将问题规约、循环不变式和生成的IMP代码输入VCG(verification condition generator),自动生成正确性的验证条件;然后,在Isabelle/HOL定理证明器中对验证条件进行机械化验证.算法首先设计为命令式动态规划类算法的一般形式,并进一步实例化得到具体算法.最后,例证所提框架的有效性,为动态规划类算法的自动化推导和验证提供参考价值.

改进动态规划算法求解同尺寸物品的装箱问题

装箱问题是在一个容量有限的箱内尽可能多的装入各类物品。文中研究同尺寸的物品装箱问题,在一个集装箱中装入大小规格一致的小箱,使集装箱的空间利用率最大,即装入的小箱数量最多。采用分层装载思想和同质条带的布局方式设计装箱方案,利用改进的动态规划算法求解层装的布局问题,使用背包算法求解同质条带内的小箱布局问题。与已有文献算法相比,文中算法的运行速度更快,得到的装箱方案更便捷,利于装箱操作,而且在一定程序上提高了装箱率。使用国际标准尺寸的集装箱和随机尺寸的物品小箱进行实验,结果表明文中算法比传统的动态规划算法有更好的求解效果,可适用于实际的集装箱物品装载。

基于一次指数预测算法的动态规划分割算法

时间序列分割在变异点检测、变化趋势检测及数据预处理等方面都具有重要作用。针对经典动态规划分段算法未考虑时间序列数据之间的相互影响,提出一种基于一次指数平滑预测算法和动态规划算法相结合的多元时间序列分割方法。利用一次指数平滑预测算法对所有多元时间序列分割片段进行预测,计算分割代价;再根据分割代价,运用动态规划算法对多元时间序列数据进行分割,得到全局最优的分割结果。对仿真多元时间序列数据进行分割,将新方法结果与已有算法结果进行比较,新方法分割度量值为0.0155,较已有算法减少了0.0293,说明该分割方法得到的分割结果有较高的准确度。

基于飞机状态的备件动态规划技术

伴随民航业的竞争日趋激烈,航空公司迫切需要控制成本以提升效益。民机备件既是直接影响飞行安全的关键因素,备件成本又在航空公司可控成本中占比最高。因此,在保证飞行安全的前提下做好备件规划,对航空公司有至关重要的意义。根据民机备件的安全级别、故障修复时限等对备件分级设置保障率水平,采用符合备件故障特性的马尔可夫生灭过程,建立满足给定保障率水平的备件量计算模型,并在此基础上建立以保障成本最低为目标函数,满足保障率水平为约束函数的备件量动态规划模型。基于飞机状态分析历史故障数据、季节性、日利用率、机队规模对备件保障的影响,在所建模型中将故障率季节性差异、日利用率和飞机停场损失淡旺季差异进行评估以减小计算结果与实际需求的偏差。以H航空公司ERJ-190机型显示组件为例,对所建模型进行应用验证,计算结果与H航空公司运营实际相吻合,证明所建模型可为航空公司备件规划提供技术方法支持。

双行星排混合动力客车动态规划能量管理策略研究

为解决混合动力系统传统动态规划(Dynamic Programming,DP)策略成本函数值受罚函数影响较大、平衡电量调试时间较长的问题,针对某款双行星排混合动力客车提出了变惩罚系数DP(Variable Penalty Coefficient DP,DP-VAR)策略和边界迭代DP(Boundary Iterative DP,DP-ITE)策略。同时,还提出了基于XGBoost算法的动态规划策略模式切换规则提取方法,并对自适应等效燃油消耗最小策略(Adaptive Equivalent Fuel Consumption Minimization Strategy,A-ECMS)进行了改进,建立了具有模式切换规则的A-ECMS策略。基于C-WTVC工况的仿真结果表明:(1)相比于DP策略,DPVAR和DP-ITE策略的控制规则更为明确且百公里油耗分别降低了1.18%和4.31%;(2)DP-ITE策略在取消罚函数的前提下具有终止SOC绝对收敛性;(3)优化后的A-ECMS策略较优化前的百公里油耗降低了1.17%。

基于HTN的巡视器动态规划方法

为提升深空探测任务中巡视器动态规划处理效率,从航天工程实践经验出发,结合分层任务网络(hierarchical task network,HTN)理论研究成果,提出巡视器领域知识建模方法以及动态规划流程。针对经典动作规划系统不能处理时态约束关系的问题,在建模中引入受限状态事件的表示方法。针对动态规划中的时态约束关系,拓展Allen区间代数的定义,提出事件、全局时间点和虚拟事件的时序逻辑判断方法。针对动态规划中存在的状态空间一致性问题,提出虚拟指令继承原有状态空间的方法。研究结果完善了HTN在航天领域的知识建模方法,解决了经典动作规划缺少时间信息约束的缺陷。所提出的虚拟事件、虚拟指令解决动态规划状态判定方法,可有效提高深空探测任务中巡视器遥操作的工作效能和地面中心进行事件处理的灵活性。

基于近似动态规划的多级火箭全程任务决策

针对火箭发生推力下降故障下的任务决策问题,提出了一种基于近似动态规划的多级火箭全程任务决策方法。首先,通过设置初始状态集合、决策选项、奖励函数、Q函数迭代方法等,建立了火箭任务决策分层强化学习模型,得到对火箭后续飞行进行评价的“评价网络”;然后利用基于凸优化的在线能力评估和轨迹规划方法,得到近似动态规划原理中的“决策生成”模块;最后,通过两者结合完成对火箭故障下后续飞行中连续轨迹和各级飞行段离散轨道根数等的决策。仿真结果表明该方法能够在非致命推力下降故障下实现火箭全程飞行任务决策并给出飞行轨迹。

基于动态规划算法的串联式混合动力拖拉机犁耕工况能量管理研究

针对串联式混合动力拖拉机存在的经济性问题,采用动态规划算法优化串联式混合动力拖拉机能量管理控制策略。给出串联式混合动力拖拉机结构及主要参数,并基于MATLAB/Simulink搭建串联式混合动力拖拉机关键部件模型,基于动态规划模型及动态规划的基础理论,提出串联式混合动力拖拉机犁耕工况全局动态规划控制策略求解方法。仿真结果表明,在功率跟随和动态规划两种控制策略下,功率跟随的燃油消耗为20.625 kg,动态规划控制策略的燃油消耗为19.330 kg,与功率跟随控制策略相比,燃油消耗大约减少6.3%,经济性明显提高,说明动态规划算法的控制更加精确,效果更好,而且发动机功率大幅变化的次数减少,发动机大致工作在高效区域。

基于动态规划的逐点后退法在路线压缩中的应用研究

提出了一种路线数据压缩算法,该算法以“道格拉斯-普克(Douglas-Peucker, DP)压缩算法”为基础,并对其进行了一系列的改进。该算法对路线中的矢量坐标,以所设定的阈值为参考标准,从后向前递归的进行压缩,并提取出特征点。相对于DP算法,本算法具有更高的压缩效率,更小的压缩误差,在相对复杂曲线的压缩上,本算法在准确度方面具有更优异的表现。通过进一步结合动态规划方法,可使该算法平均误差在原算法的基础上再降低70%的误差,从而保证了压缩后曲线的准确度和完整性。

动态规划法对新能源汽车能量管理优化研究

[目的]新能源汽车的能耗较大,标准能量检测法无法有效提高新能源汽车的输出效率,而且在加速、越障等特殊情况下,能耗会出现大幅变化。[方法]文章提出了一种动态规划法,并构建了能耗的优化模型。通过采用规划理论对不同类型新能源汽车进行分类,按照分类进行能耗分析,简化能耗数据的分析过程;同时动态分析了新能源汽车不同位置的能耗,构建了最终新能源汽车的能耗集合,并对集合进行了动态分析。[结果]动态规划法对于不同类型的车辆,能耗的优化结果大于90%,误差率为0.05%,能耗的稳定性以及优化时间均优于标准能量检测法;而且动态规划法下的能耗持续性变化曲线整体比较平滑,说明动态规划法的计算比较稳定。[结论]动态规划法可以对新能源汽车能耗进行优化,提高新能源汽车输出效率。

基于动态规划的PHEV能量管理策略分析

针对插电式混合动力汽车(PHEV)燃油经济性最优控制问题,文章提出了基于动态规划算法的全局优化控制策略,最大程度地挖掘其节油潜能。首先,建立了P2构型插电式混合动力汽车的数学模型。然后,以电池荷电状态(SOC)为状态变量,电机转矩为控制变量建立了最优控制数学模型,并以发动机油耗最小为目标函数,采用动态规划方法求解最优控制。仿真结果表明,与电量消耗-保持策略相比,基于动态规划的控制策略能够合理分配发动机和电机转矩,发动机油耗较电量消耗-保持策略降低了24.91%,所提出的策略能够显著提高车辆燃油经济性。

基于动态规划的Seam Carving裁剪算法

随着科技的发展,图像应用和分享越来越普遍。图像尺寸调整在不同设备和屏幕上的显示非常重要。传统的方法只是简单地复制或计算像素值,而不考虑图像内容的重要性。然而,基于动态规划的Seam Carving裁剪算法提出了一种更优化的方法。该算法采用多尺度处理,对不同尺度的图像进行Seam Carving操作,并将处理结果整合起来,以实现更全面、更精细的图像调整。

基于动态规划与RBF神经网络的PHEV能量管理策略

为提高插电式混合动力汽车燃油经济性,设计了一种基于动态规划和径向基函数(RBF)神经网络的插电式混合动力汽车能量管理策略。首先,建立了插电式混合汽车数学模型;其次,以发动机油耗最小为目标函数,采用动态规划求解全局最优的离线优化结果;最后,采用RBF神经网络对离线最优控制结果进行学习,建立了发动机输出转矩与车辆状态参数之间的非线性映射关系,得到了基于动态规划和RBF神经网络的能量管理策略。仿真结果表明,文章所提策略油耗较之于电量消耗-维持策略降低了2.92%,验证了该策略的有效性。

基于改进近似动态规划的安全约束机组组合算法

针对电力系统的安全约束机组组合问题,提出了一种基于改进近似动态规划的求解算法。考虑到安全约束机组组合是一个多时段混合整数非线性规划问题,难以直接求解,所提算法将其建模成马尔可夫决策过程,并利用近似动态规划实现解耦求解。为了处理近似动态规划决策空间过大的问题,所提算法通过决策空间缩减技术提前获得大部分机组的开停机状态,有效提高求解效率。在IEEE 39节点系统和一个实际系统上进行了算例分析,验证了所提算法的有效性。

基于动态规划算法的资源应急分配优化模型

针对电力突发事件的资源应急分配问题,文中提出了基于动态规划的阶段优化模型。该模型依据各需求点的初始时刻需求,以最小化资源超时到达造成的损失为优化目标,进行资源的应急优化分配。同时考虑后续时刻资源需求的动态变化,基于上一阶段的优化目标叠加下一时刻资源需求缺乏量的惩罚项,从而实现不同时刻需求点之间资源的转运调度。文中采用自适应惯性系数和飞行时间来提高算法的收敛速度,并将所提IPSO应用于两阶段动态规划模型的求解。以人力资源数据进行的仿真结果表明,文中算法迭代40次即可收敛,显著优于传统PSO。且与单阶段优化模型在后续时刻出现明显人力资源缺乏的情况不同,该模型能够满足各需求点的动态需求,进而对应急资源进行合理分配。

高压断路器用电机驱动机构路径动态规划方法

电机驱动操动机构相较于传统操动机构结构简单,动作可控性强,极大的提高了断路器分合闸操作的可控性及可靠性。针对电机驱动机构的控制方法即机构的运动轨迹方法,提出了一种电机驱动机构的路径动态规划方法,由建立的电机输出轴与开关动触头之间的数学模型,推导开关动触头最佳运动轨迹和电机轴最佳输出曲线的数学关系,最后搭建126kV电机驱动操动机构试验平台,由试验平台所得的结果证明,提出的动态规划方法与预置曲线法相比,能够有效缩短运行时间,提高断路器的机械寿命。

基于动态规划方法的智能交通最优路线规划方法研究

随着城市交通的不断拥堵和复杂化,传统的静态路线规划方法无法应对动态的交通状况,因此需要开发一种能够根据实时交通数据进行路径规划的方法。鉴于此,研究在对交通路网进行数学建模后,通过实时获取和分析交通信息,并结合动态规划法及其动态规划方程后提出了一种智能交通最优路线规划方法。实验结果表明:该方法达到最优规划精度的最短时间为17.5 s,此时精度最高可达92%。同时,智能车辆规划精度受路阻变化的影响最低为1%。与同类型的规划方法进行仿真对比后发现,该方法能够提供更多短线路规划方案,更适合于现阶段的车辆路径规划。由此可知,研究所提方法更具优越性和稳定性。研究旨在结合更多智能交通技术,以推动智能交通系统的发展。

水电站机组负荷分配中动态规划与遗传算法性能比较

以三峡水库26台机组为研究背景,以计算精度、计算时间和算法稳定性为评价指标,采用数值试验方法,开展了动态规划和遗传算法在机组负荷分配中的性能比较研究。设计了计算精度相同比较计算时间和计算时间相同比较计算精度的具有可比性的数值实验方案,得到了动态规划和遗传算法的性能随机组数变化的关系。结果表明,在机组数小于10台时,遗传算法的性能优于动态规划;当机组数大于10台时,遗传算法性能低于动态规划法。