基于遗传算法-序列二次规划的磁共振被动匀场优化方法

为了解决磁共振成像(MRI)系统中固有的主磁场(B0)不均匀的问题,提出遗传算法-序列二次规划(GASQP)算法,以提高7 T磁共振的主磁场均匀性.从被动匀场数学模型的角度出发,该混合算法利用GA算法获得稳定的初始解,实现主磁场的第1次优化,再通过SQP算法的快速求解,在较少的时间内实现主磁场的第2次优化,同时提高磁共振主磁场的均匀性.采用正则化方法减少磁场均匀所需的铁片质量,并且获得稀疏的铁片分布.在仿真建模的案例研究中,7 T磁共振裸磁场均匀度可以从462×10-6优化到4.5×10-6,并且在匀场空间上仅消耗0.8 kg的铁片.相比于传统的GA优化方法,新方案的磁场均匀性提高了96.7%,总铁片消耗质量减少了85.7%.实验结果表明,GA-SQP算法比其他优化算法具有更强的鲁棒性和竞争力.

基于二次规划的智能网联汽车路径规划算法

针对结构化道路下自动驾驶车辆实时路径规划存在路径不稳定、曲率不连续、运算时间长等问题,提出一种基于二次的路径规划算法。从全局离散的导航路径中截取一段做平滑处理,构建Frenet坐标系;在离散的SL空间中用动态规划对车道内的障碍物做绕行决策,从而开辟可行驶区域;利用二次规划从可行驶区域中构建以安全性和舒适性评价指标为核心的代价函数,评价规划路径成本,选择能够最小化代价的最优路径。通过MATLAB/Simulink搭建算法框架,仿真实验结果表明,该算法在结构化道路的静态避障环境中规划出的路径平稳、曲率更小、运行时间快,相比较传统的Apollo算法更平稳可靠。

求解双层规划问题的松弛序列二次规划方法

考虑一类具有特殊结构的双层规划问题,其下层问题为凸问题.首先通过内点罚方法将下层的约束函数惩罚到目标函数,使得下层问题近似为一系列无约束优化问题.然后使用KKT条件替换无约束的下层问题的最优解集,那么双层规划问题被一系列松弛的单层问题近似.文中设计了一种光滑的序列二次规划算法求解该松弛问题,并证明了当罚因子趋近于0时,该算法生成的迭代点列收敛到双层规划问题的弱稳定点.数值实验验证了算法的可行性.

某信息系统二次规划同态加密梯度下降算法研究

同态加密方法能够实现在不泄露内容情况下分析或操作加密数据的功能,但该方法计算开销大,一直以来难以在控制领域的实践中实现。为解决这一问题,首先计算分析梯度下降算法在同态加密方法中解决二次规划的适用性,降低了同态加密电路乘法深度对梯度下降算法迭代的限制,并量化了原型示例,为后续的研究打下基础。其次,对梯度下降及加速梯度下降方法的选择进行了权衡和评估,为同态加密技术的工程应用开辟了道路。所采用的CKKS方案,通过选择合适的步长使程序实现收敛,直接展示了同态加密梯度下降算法的可行性。

基于二次优化的救援机器人路径规划

针对当前应急救援过程中救援机器人路径规划效率低的问题,采用改进的遗传算法和二次优化方法实现救援路径的优化。对传统遗传算法进行改进,在初始化过程中采用一种启发式可行点插入方法建立初始种群,在适应度函数中加入路径平滑评价函数,在保留策略中采取“抓大放小”的方法,使算法的全局收敛能力和收敛速度都有了较大的提高。在初始路线的基础上,由起点到终点采用逐段寻优的方法进行路径二次优化,进一步缩短规划路径的长度并减少拐点数量。仿真结果表明,该方法较次优方法,路径长度分别缩短2.61%、2.21%、3.52%、1.22‰,平均收敛次数、搜索时间均有效优化,可有效地弥补传统遗传算法的缺陷,提高救援机器人的救援能力。

基于二次规划的无线电波精细成像研究

目前无线电波透视常用的反演算法是ART,SIRT等层析成像方法,由于无线电波透视控制方程是线性方程组,反演依赖初始值的选择,迭代过程缺少对衰减常数β的约束,反演结果会陷入局部最优解,影响探测的精度。采取二次规划模型描述无线电波透视的反演问题,提出利用凸性不等式作为约束条件,利用迭代反演法求全局最优解。设置低阻陷落柱模型进行正演计算,用得到正演数据验证二次规划模型的准确性。使用二次规划模型处理实测资料,对采煤工作面内部构造有良好的识别效果。

应用二次规划算法平滑参考线的研究

研究了三次多项式拟合的道路中心参考线受纵向减速线影响抖动的问题。先构造二次规划算法以验证对曲线的平滑效果,再在Simulink里利用二次规划算法对纵向减速线导致车辆在定速巡航过程中参考线抖动的问题数据进行平滑验证。结果表明,相较于未添加算法平滑的动力学MPC控制,利用二次规划算法平滑后车辆横向偏差的峰值只有之前的50%,前轮转角的峰值仅为之前的30%,因此添加平滑算法后车辆动力学MPC控制的车辆横向偏差和前轮转角的转动范围更小,能有效地平滑掉减速标线的突变影响,减小车辆横向偏差和前轮转角,使车辆更加平稳地运行。

用于线性噪声时变凸二次规划的归零神经网络

针对线性噪声可能会对现有的归零神经网络(ZNN)模型求解时变二次规划(TVQP)问题产生负面影响,从而导致模型收敛缓慢、准确率降低的问题,提出了一种双重积分增强ZNN(DIEZNN)模型。为了解决线性噪声的干扰,在ZNN原有公式基础上引入双重积分,设计了一个激活函数去除线性噪声的影响。理论分析证实了DIEZNN模型具有收敛性和良好的噪声抑制能力。实验结果表明,与传统的梯度神经网络和其他变量ZNN模型相比,DIEZNN模型收敛更快、精度更高,并且能够有效地解决线性噪声的影响。

基于递归型神经网络动力学求解时变凸二次规划

为了在线求解时变凸二次规划问题,实现误差精度更高、求解时间更短和收敛速度更快的目标。本文采用了求解问题更快的时变网络设计参数,选择了有限时间可以收敛的Sign-bi-power激活函数,构造了一种改进的归零神经网络动力学模型。其后,分析了模型的稳定性和收敛性,得到其解能够在有限时间内收敛。最后,在仿真算例中,与传统的梯度神经网络和归零神经网络模型相比,所提模型具有更高的误差精度、更短的求解时间和更快的收敛速度,优于前两种网络模型。

序列二次规划(SQP)算法在三维下限分析中的应用

采用有限元法和非线性规划的序列二次规划(SQP)算法,解决了三维可静应力场的构造问题.基于刚塑性假设,采用极限分析下限原理,求解了矩形表面基础的承载力问题.算例分析表明,SQP算法在三维下限法中的应用是可行的.

动态随机ACO移动机器人路径规划及二次优化

针对移动机器人路径规划问题,提出了一种包含改进蚁群算法和非必要转折点去除算法两部分的新方法。利用改进蚁群算法得到初始路径,随后去除路径中非必要转折点以达到二次优化的效果。在基本蚁群算法的基础上,为了提高算法的全局搜索能力,提出了加入动态随机机制的转移概率更新策略,旨在向每只蚂蚁选择下一点的过程中增加一定随机性,以便于算法跳出局部最优点。另一方面,提出了一种非必要转折点优化算法,该算法可以去除路径中的非必要转折点以减少路径长度。仿真结果显示,改进蚁群算法在解平均值、最大值、标准差和收敛速度四个方面均优于基本蚁群算法。同时,非必要转折点去除算法可以进一步减少路径长度。

改进序列二次规划算法用于轴对称非球面轮廓度误差评定

为了高效率、高精度的评定轴对称非球面零件,提出一种改进序列二次规划算法并结合非线性方程组牛顿迭代法来评定非球面的轮廓度误差。对于测量仪器检测时存在的设计坐标系与测量坐标系不重合的问题,使用坐标变换矩阵来消除测量坐标系存在的位置误差;针对非球面的特点,构建二元非线性方程组来表示非球面的投影点,并采用牛顿迭代法精准计算投影距离;为解决计算的复杂性,采用改进序列二次规划算法构建误差子问题求解,并利用拟牛顿法求解大规模无约束非线性问题。最后,对多种非球面镜片进行仿真和实验分析,并与最小二乘法和熵函数法对比。结果表明,所设计的算法有效提高了计算轮廓度误差过程中的数据处理效率和精度。

基于控制灵敏度的微电网有功无功协调二次控制方法

在中低压等级的微电网中,由于线路的电阻与电抗大小十分接近,因此在潮流控制时不再呈现明显的有功与无功解耦的情况。若仍旧按照大电网中有功、无功独立调节的方式进行微电网的二次控制,则容易产生超调和振荡。为了解决该问题,提出了一种基于控制灵敏度的微电网有功无功协调二次控制方法。首先,根据不同类型的微电网一次控制架构,推导了二次控制时控制灵敏度的计算公式;然后,基于控制灵敏度建立了以频率电压偏差最小、有功无功按比例分配为控制目标的二次规划模型,通过求解此二次规划模型得到微电网二次控制的调节量。以某实际海岛微电网为算例进行分析,通过与有功无功独立调节的二次控制相比较,证明了本文所提方法能有效提高控制的准确性与稳定性。

基于序列二次规划算法的超小尺寸微纳波长分束器的逆向设计

微纳波长分束器是光子芯片中一种重要的分光器件.本文运用序列二次规划智能算法,设计了尺寸为1.5μm×1.5μm的多个超小波长分束器,其中Y型双通道分束器可同时实现TE/TM模式的双波长分束,TE模1140和1200 nm两波长的传输效率分别为80%和81%,消光比分别为18.1和16.3 dB,TM模传输效率分别为70%和67%,消光比为18.3和15.9 dB;T型分束器实现了光束的180°相向分离,待分波长1100和1170 nm的传输效率均达到了88%,消光比分别为16.6和15.0 dB,是目前尺寸最小的片上波分器;十字型三通道分束器实现了波长间隔为50 nm的分束,待分波长1100,1150和1200 nm传输效率分别为73%,66%和70%,消光比分别为17.2,13.8和13.8 dB;非对称三通道分束器分束波长间隔仅为20 nm,待分波长1200,1220和1240 nm的传输效率分别为61%,56%和57%,消光比分别为10.8,7.9和8.9 dB.本方法的设计周期短、设计效率高,且所设计的结构简单、易加工,本方法适用于多种片上集成元器件的设计,为微纳片上集成光子器件的设计提供了一种新思路.

基于序列二次规划法的铝型材截面优化设计

为了实现铝型材的轻量化,通过分析铝型材的抗弯及抗扭性能,得到其性能评价指标,采用有限元软件对铝型材截面结构进行分析,实现了截面结构改进及设计参数选取;建立了铝型材截面面积及惯性矩的参数化模型,并结合AUTOCAD面域指令进行辅助验证;采用序列二次规划算法求解参数化模型中设计变量的最优解,实现了铝型材截面的优化设计;在保证铝型材截面惯性矩不减的情况下,优化后的截面面积相比优化前的面积减少了10%。

基于序列二次规划算法的插电式混合动力汽车模型预测控制策略

为提升插电式混合动力汽车(PHEV)的车速预测精度和燃油经济性,提出基于序列二次规划(SQP)算法的模型预测控制能量管理策略。以卷积神经网络(CNN)构建的车速预测模型为基础,选取三类典型历史工况数据作为CNN车速预测模型的训练集,使用鲸鱼优化算法(WOA)优化CNN参数,通过优化的WOA-CNN模型预测未来时域内的车速;采用SQP算法对模型预测控制策略进行求解,且与基于规则的电量消耗和电量保持(CD-CS)策略和基于全局优化的动态规划(DP)策略的控制结果进行对比分析,验证所提策略的有效性。结果表明:通过WOA-CNN模型可提高车速预测精度,为4.88%~8.39%;与DP控制策略相比,本文提出策略的燃油消耗量高出1.98%,但计算时间减少了74.32%,能量管理的实时性得到大幅提升;与CDCS控制策略相比,提出策略的节油率为20.37%。综合考虑,本文提出策略的整车能量消耗和计算成本较优,可合理实现对PHEV转矩分配的智能控制。

二次规划子问题的一种非精确光滑牛顿法

二次规划子问题的求解是解决规划问题的关键。针对二次规划子问题,利用最优性条件,借助光滑逼近函数将其转化为光滑方程组,结合非精确牛顿法得到一种求解二次规划子问题的非精确光滑牛顿法。一定条件下证明其全局收敛性。数值实验表明此算法对二次规划子问题有效。

面向实施的二次城市设计研究——以上海市徐汇区田林街道244街坊租赁住宅城市更新项目为例

以建设卓越的全球城市为发展愿景,面对资源环境的束缚,尤其是上海的核心城区,有机更新、存量发展已成为推进城市可持续发展的必由之路。城市设计伴随着城市更新,同步呈现出研究设计的尺度由城区向街区、深度由宏观向微观、过程由规划管控向建设全周期的转变。文章首先对上海的城市规划管理过程和城市更新的背景进行分析,并提炼出城市设计在实施阶段的难点;在此基础上,提出二次城市设计理念和特征;最后以徐汇区田林街道244街坊租赁住宅城市更新项目为例,总结在土地出让后,同一地块内多个主体开发不同项目时,利用“二次城市设计”确保规划管控在实施阶段落地、协调相邻项目同步建设、高效组织市场和社会等不同力量等一系列设计策略和实施路径。

大规模非凸不可分优化问题的分裂序列二次规划算法

该文研究了目标函数和约束函数带不可分结构的大规模非凸优化问题,提出了一个新的分裂序列二次规划算法.首先,借助分裂算法思想将传统二次规划(QP)子问题的增广拉格朗日问题分解为两个小规模QP子问题,通过求解小规模QP子问题产生改进的搜索方向.其次,以增广拉格朗日函数作效益函数,通过Armijo线搜索产生下一个迭代点.在较为温和的条件下,获得新算法的全局收敛性.最后,对该算法进行了数值实验,验证了算法的有效性。

基于序列二次规划算法的定位器坐标快速标定方法

针对飞机数字化装配系统中可移动数控定位器坐标标架的标定问题,提出一种基于序列二次规划(SQP)优化算法的快速标定方法.在定位器上预设标记点,以设备处于零点位置时标记点在设备坐标系下的位置为理论位置,标记设备坐标标架.采用奇异值分解法求解标记点实测与理论坐标偏差的最小二乘模型,进行零位标定.针对定位器移位复位操作所致标记点偏移的情况,利用SQP优化算法计算定位器坐标标架.对零位标定及快速标定实例结果进行对比分析,结果表明,快速标定可减少激光跟踪仪的测量次数,有效避免转站误差,在提高标定效率的同时确保定位器定位精度高达0.05mm,满足了大型飞机数字化装配中定位系统的高精度要求.