基于改进二进制粒子群算法优化DBN的轴承故障诊断

针对滚动轴承故障振动信号非平稳性的特点,对二进制粒子群优化算法(binary particles swarm optimization,BPSO)和深度信念网络(deep belief network,DBN)进行研究,提出一种基于局部均值分解(local mean decomposition,LMD)和IBPSO-DBN的轴承故障诊断方法。提出用加权惯性权重改进BPSO迭代过程中的固定权重,再用改进BPSO优化DBN的隐含层神经元个数和学习率。该方法先对信号进行LMD,提取出各PF分量的散布熵和时域指标,并构建特征矩阵,然后把特征矩阵输入改进BPSO-DBN模型中训练,实现滚动轴承故障诊断和分类。采用试验轴承数据做验证并与其他诊断方法对比,结果表明,基于LMD和BPSO-DBN的滚动轴承故障诊断方法具有较好的故障识别率。

采用改进多目标粒子群算法的斜拉桥阻尼器参数优化

为克服大跨度斜拉桥黏滞阻尼器优化设计效率低、多个相互制约的减震控制目标的问题难以权衡,基于遗传算法的“变异”方法,提出了改进多目标粒子群算法来进行阻尼器参数优化设计。建立大跨度斜拉桥的有限元模型,开展了全桥地震响应分析,根据抗震需求在桥梁纵向设置黏滞阻尼器;分别建立了塔底弯矩、阻尼力和梁端位移的减震响应与阻尼器参数之间的响应面数学模型;以减震响应面模型为研究对象,通过该算法进行阻尼器参数全局自动寻优分析,确定了阻尼器的最优参数,并与采用参数敏感性分析方法确定的一组阻尼参数进行对比分析。研究结果表明:该优化方法具有计算精度好、优化效率高和更好地权衡多个相互制约的减震控制目标的优点;通过优化算法获得的阻尼器参数组合相比采用参数敏感性分析方法获得的阻尼参数组合的减震响应,塔底弯矩增大1.73%,阻尼力减小5.97%,梁端位移减小1.66%;在无需多次有限元试算的基础上确定了更高精度的阻尼器优化参数组合,在提高减震效果的同时大大提升了计算效率。

基于人工免疫-改进粒子群优化算法的机械臂轨迹规划研究

焊接机器人运动轨迹复杂、控制精度要求高。提出了一种满足多目标约束的轨迹规划方法。针对机器人轨迹平滑性要求,以5次非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Splines,NURBS)曲线为基础,对笛卡儿空间路径点进行参数化表达;根据工业机器人路径约束及工况需求,选取时间、能耗、跃度3个运动学指标作为目标优化函数,采用人工免疫双态粒子群进行轨迹优化;为了平衡粒子“探索”与“利用”,增加双模态模型,引入人工免疫系统,提升了粒子多样性与后期收敛能力;根据Pareto解集得到满足约束的焊接机器人各关节最优轨迹,通过Matlab仿真证明了方法的有效性;最后,针对空间相贯曲线焊缝进行了焊接试验。结果显示,规划的轨迹符合实际工程需求。

基于改进粒子群算法优化的染色木材颜色检测算法研究

为提高染色木材颜色的检测精度和速度,对樟子松木材单板进行染色,选取染色单板的光谱反射率作为输入,以极限学习机模型为基础构建预测模型,对染色单板的色度参数L^(*)、a^(*)、b^(*)进行预测,运用粒子群算法对ELM权值和阈值进行寻优,并引入非线性惯性权重和新的位置与速度更新策略改进粒子群算法,以消除其易陷入局部最优的缺点。此外,以L^(*)、a^(*)、b^(*)平均绝对误差为评价指标,与基础ELM模型及其他模型作对比,发现优化后的模型平均绝对误差为0.16,测色效果相较于基础ELM的0.68、麻雀算法优化的ELM的0.37等具有明显优势,这对于提高木材染色生产效率具有重要意义。

基于改进粒子群算法的定日镜场优化设计模型

定日镜场是塔式光热电站的重要子系统.定日镜的优化布置问题是塔式光热电站建设需要解决的关键问题.以塔式光热电站的定日镜场为研究对象,建立阴影遮挡效率模型、余弦效率模型、截断效率模型以及大气透射率模型,得出定日镜场的光学效率.以镜场年平均输出热功率作为目标函数,建立非线性规划模型,用基于同心圆的粒子群算法进行圆形定日镜场的参数设计及优化求解.通过迭代寻优,找到年平均输出热功率最大时即可找到粒子的特征因子的最优解.

基于改进粒子群算法的卫星星座优化设计

面向区域覆盖的卫星星座设计是一个多约束的优化问题,提出一种基于改进粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法的中轨(Medium Earth Orbit,MEO)卫星星座优化设计方法。以最大化卫星星座对中国区域的平均覆盖率为目标,基于3+4P星座构型进行卫星星座优化设计,并采用改进PSO算法对卫星的轨道参数进行优化。通过仿真软件和卫星仿真工具包(Satellite Tool Kit,STK)互联进行算法验证,并将改进PSO算法、标准PSO算法和遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的优化结果进行对比。仿真结果表明,改进PSO算法优化后的卫星星座对中国区域的覆盖率均值为95.34%,分别比标准PSO算法和GA算法高0.68%和9.55%,同时具有更高的平均覆盖重数和总覆盖时长。因此,基于改进PSO算法的卫星星座优化设计方法可以实现较好的覆盖性能。

基于改进粒子群算法的综合能源系统多目标优化运行

“双碳”目标下,电力能源系统需要逐步向节能低碳的方向发展,综合能源系统(IES)是解决能源与环保问题的重要举措。目前对IES的研究主要集中在分布式能源、储能并网和多目标优化等方面,智能算法是处理优化问题的重要途径,但随着模型复杂化,传统的智能算法存在收敛性差、容易陷入局部最优的问题。基于此围绕IES经济、环保与稳定运行目标,构建了考虑经济性、环保性及出力不平衡性3个指标的基于改进粒子群算法的IES多目标优化模型。首先,以3个指标最优为目标搭建了IES模型;其次,采用隶属度函数和层次分析法(AHP)进行归一化处理并确定权重系数;最后,引入粒子浓度评价算子改进粒子群算法,对所提模型进行求解,并分析系统在单一目标和多目标情况下的运行结果,验证了模型和算法的有效性。改进算法显著提高了收敛速度,有效避免了粒子陷入局部最优。

基于蜣螂优化的改进粒子群算法

针对标准粒子群算法存在的局部最优、早熟和慢收敛等问题,提出了一种新的粒子群更新方法。改进了算法惯性权重,引入一种新的更新方式;借鉴蜣螂优化算法中蜣螂滚球、繁殖、觅食和偷窃行为,将基本粒子群的操作划分为寻优、变异、波动和跳跃,从而提高了算法的全局寻优能力和收敛速度,并避免了早熟问题。通过与其他9种智能算法进行实验对比表明,在10个基准测试函数中,基于蜣螂优化的改进粒子群算法在寻优能力和收敛速度方面表现出色,证实了该算法的优越性。

融合特征权重与改进粒子群优化的特征选择算法

随着教育信息化的发展,教育数据呈现特征数量高、冗余度高等特点,这使目前的分类算法在教育数据上分类准确率不理想。提出一种将特征权重算法与改进粒子群优化算法融合的混合式特征选择算法(RF-ATPSO)。该算法首先使用RELIEF-F算法计算各个特征的权重,筛除冗余特征,然后在筛选后的特征集合中利用改进粒子群算法搜索最优特征子集。实验结果表明,在6个UCI公共数据集上,经RF-ATPSO算法进行特征选择后,平均准确率提升了10.04%,且平均特征子集规模最小、收敛速度最快;在学生学业成绩画像特征数据集上,该算法以较小的特征子集规模达到较高的分类准确率,平均准确率为94.77%,明显优于其它特征选择算法,实验充分证明了该算法具有实际应用意义。

基于GA-BP神经网络和改进粒子群算法的碰撞射流和冷却顶板复合空调系统优化

对碰撞射流和辐射顶板(IJV/RC)复合空调在不同室内负荷条件下运行时的室内热环境进行数值模拟,基于遗传算法-反馈(GA-BP)神经网络建立运行性能(吹风感R_(PD),头足温差Δt,空气交换效率e ACE,工作区平均温度t_(a))与设计变量(送风温度t_(s)、送风速度v_(s)、冷却顶板内表面温度t_(c)、房间负荷Q_(c))之间的预测模型,通过相关性分析确定设计变量对运行性能影响的显著性并排序。结果表明,增大v_(s)可使Δt降低,但R_(PD)增大;增大t_(c)有助于降低Δt和R_(PD),但t_(a)升高;为使t_(a)下降,可通过降低t_(s)来实现,但室内空气质量变差。为确保IJV/RC复合空调能在保证室内热舒适的同时提供良好室内空气品质,利用改进粒子群算法对复合空调的运行性能进行多目标同时优化,建立不同房间负荷条件下的设计参量最优匹配关系。研究结果可为IJV/RC复合空调的优化设计和运行控制提供理论指导。

ACCQPSO:一种改进的量子粒子群优化算法及其应用

针对量子粒子群优化算法前期易陷入局部极值点、后期寻优精度不高等问题,文章提出一种自适应交叉算子的混沌量子粒子群优化算法,并将其应用于BP神经网络超参数寻优。首先,利用Logistics映射初始种群为混沌序列进行最优解搜索,增强初始种群的随机性与遍历性,提高算法寻优能力;然后,通过纵向交叉操作进行种群中个体的信息交换,并引入自适应交叉概率公式,增加种群多样性,提高算法的寻优精度;最后,在实验中,一方面,选取8个函数在高低两个维度进行验证,同时进行Wilcoxon秩和检验分析以及消融实验,验证该算法相较其他算法的有效性;另一方面,通过算法优化BP神经网络应用到网络安全态势预测任务中,实验结果表明该算法收敛速度相较于对比算法有大幅度提升。

基于改进粒子群算法的中深层地源热泵供暖系统运行优化

构建变工况运行且包含蓄热装置的中深层地源热泵供暖系统,基于改进粒子群算法,分别以运行费用、系统COP和地热能利用系数为目标函数对系统运行进行优化,并对优化结果进行比较和分析。结果表明:对应目标函数优化后的运行费用、系统COP和地热能利用系数分别为279.27元、6.4420和0.8527。以系统COP为目标函数的优化效果与运行费用相反,而与地热能利用系数相近。

基于改进量子粒子群优化算法的机器人逆运动学求解

针对工业机器人在逆运动学求解过程中存在的位姿奇异、解不唯一、求解精度低等问题,提出了一种改进量子粒子群算法。首先,利用D-H参数法建立机器人运动学模型,以机械臂末端最小位姿误差为主要优化目标,加入运动前后关节角变化最小、行程平稳连续的约束条件,设计了目标函数;其次,通过采用Levy飞行策略改进粒子更新方式、非线性地动态调整收缩膨胀因子、采用变权重方法计算最优平均位置等方法设计了一种改进量子粒子群优化(IQPSO)算法;然后,模拟单点位姿和连续轨迹两种不同的求解情况进行三种算法(IQPSO、APSO、QPSO)的仿真对比实验,结果表明IQPSO算法具有收敛速度快、求解精度高等优点;最后,将IQPSO算法用于机械臂本体进行实物验证,实验结果表明IQPSO算法求解出的插值点所组成的轨迹连续且平滑,进一步证明了该算法应用于实际运动控制中的稳定性和可行性。

基于改进粒子群算法的机械臂能耗轨迹优化

针对工业机器人能耗轨迹优化问题,提出了一种基于金字塔层拓扑结构的粒子群算法。该算法引入了金字塔层式的拓扑结构,将粒子进行排序、分层,从而改进算法的竞争策略,增加了种群多样性;引入了新的合作策略以更新粒子的速度和位置;引入胜利百分比来自适应地调整粒子群算法的权重系数,提高了粒子的搜索效率。为了验证该算法的有效性,在测试函数集上进行了测试,并与其他八种变体粒子群算法进行比较,结果表明所提出的算法性能具有显著优势。最后将该算法应用到工业机器人轨迹规划中,仿真实验表明该算法能有效求解机器人的能耗最优轨迹,机器人的能耗明显减低,且满足工业机器人的运动学及动力学约束。

基于改进粒子群算法的地铁隧道维护策略优化

[目的]维护策略是影响地铁隧道全寿命期服役性能和维护成本的关键因素,因此需研究更适宜的维护策略优化算法。[方法]建立了基于Gamma过程的隧道服役性能退化模型,并对检查计划和维修行为进行了参数化假设;针对维护策略优化数学模型中的随机性问题,提出了一种改进粒子群算法,并与网格枚举法对比验证了该算法的有效性;分析了不同预防性维修阈值和初始检查时间间隔对维护成本的影响。[结果及结论]改进粒子群算法可提升地铁隧道维护策略优化的计算效率;与初始检查时间间隔相比,地铁隧道全寿命周期维护成本对预防性维修阈值更加敏感。

基于改进粒子群优化算法的PID控制器参数整定

针对标准粒子群优化算法优化PID控制器参数存在的早熟以及陷入局部最优等问题,引入粒子二阶振荡环节、反向学习、自适应惯性权重,并结合设计的惯性权重动态调整策略、粒子越界随机反射墙,提出一种新型分阶段迭代的改进粒子群优化算法。在6个标准测试函数上进行测试,其性能相比于一些已有的改进粒子群优化算法更加优秀。将这些算法用于自动电压调节器系统的PID控制器参数整定,仿真结果表明,所提出的改进粒子群优化算法整定的PID控制器的控制效果更好。

基于改进粒子群算法的阳泉市水资源优化配置研究

水资源短缺问题已成为制约社会经济发展的重要因素。以阳泉市为例,综合考虑水资源总量、各水源的供水方式与各用水户的需水方式3个因素,以缺水量总和最小、COD排放量最小、供水净效益最大为目标,建立多目标水资源优化配置模型;为提高粒子群算法求解结果的准确度与全局寻优能力,对算法中的惯性权重与学习因子进行线性优化,并进行了验证;基于改进粒子群算法对山西省阳泉市的水资源优化配置进行研究。结果显示:一般方案与节水方案下的总用水量与COD排放量均未超过约束范围;节水方案下的供水净效益比一般方案低4.027亿元,缺水量总和与COD排放量比一般方案分别低663.648万m^(3)、425.375 t;节水方案在缓解各行政区缺水现象的同时降低了COD的排放量,减少了生态环境压力,说明所得的优化配置方案较为合理,可为其他水资源严重短缺地区选取水资源配置方案提供科学依据。

改进粒子群优化算法在搬运机器人机械臂中的应用

针对搬运机器人机械臂空间规划的时间最优问题,提出一种含有动态学习因子、变惯性权重因子并结合天牛须搜索(Beetle Antennae Search,BAS)算法的改进粒子群优化(Particle Swarm Opitimization,PSO)算法。通过运动学分析得到工作空间,引入3-5-3多项式插值进行轨迹规划,对运动过程的加速度和速度进行约束,得到运动过程的最短时间;对比改进前后的粒子群优化算法收敛速度,分析了各个关节的运动时间变化情况,并进行了仿真和试验验证。该算法将学习因子设为变量,使算法跳出局部最优;采用变惯性权重因子提高了算法搜索效率;结合天牛须搜索算法,加快了算法搜索速度、提高了搜索精度。结果表明,改进粒子群优化算法的收敛速度和精度都有所改善,避免了局部最优情况;整体的运动时间缩短了约15.9%。使用该算法的搬运机器人机械臂的关节角度、速度、加速度曲线平滑稳定,该改进算法有效。

改进的粒子群算法对微电网多目标优化调度研究

成了太阳能机组大规模的使用,使得在保证电网电压稳定的前提下,如何提高可再生能源的利用率成了亟待解决的问题。针对由光伏电池、风力发电机、微型燃气轮机、柴油发电机和电池等构成的微电网,考虑运行成本、扰动负荷和污染治理成本等多指标,构建微电网多指标最优调度数学模型,进而提出改进的多目标粒子群算法。在满足约束条件下,提出一种改进惯性因子并引入自适应变异操作的方法对优化模型进行求解。仿真结果表明,微电网的运行得到了优化,并验证了改进的粒子群算法的优越性能,为优化调度的进一步研究奠定了基础。

基于改进粒子群算法的电视机生产线仿真与优化

针对电视机生产线存在的工序不平衡、设备繁忙率较低、暂存区产品堆积过多等问题,提出一种基于改进的粒子群算法的生产线工序分配优化方法。首先使用Flexsim仿真软件对电视机生产线进行仿真分析,获得各工位的生产效率和生产线的日产量;其次,分析生产线生产需求和优化目标,根据生产节拍和平滑指数建立目标函数,利用改进的粒子群算法对目标函数求解并得到各工位的工序分配;最后,对优化后的生产线进行建模仿真并对仿真结果进行对比分析。实验结果表明,优化后的电视机生产线模型的产量相比传统生产线提升了24%,达到531台,设备繁忙率不均衡和暂存区产品堆积过多的问题得到了明显改善,证明了该方法在解决生产工序分配问题上的有效性。