基于Branch & Bound方法MIQP问题的求解及应用

研究基于 Branch & Bound (B&B) 方法的混合整数二次规划(Mixed Integer Quadratic Programming, MIQP)问题的求解,以及在一类混杂系统优化控制中的应用。B & B算法求解MIQP问题的过程,可视为对于一个二叉树的搜索。影响B & B算法寻优效率的两个主要方面是:分支变量的选择规则,以及树搜索策略。通过设定控制变量QPmax, 用以限制寻优过程求解QP问题的最大数目,可以在较短的时间内获得MIQP问题的满足整数约束条件次优解。利用MATLAB编制MIQP问题的求解程序,并在混杂系统优化控制中的应用,做了仿真计算。

松弛MPEC和MIQP的启发–校正两阶段动态无功优化算法

为快速求解计及离散调节设备动作次数约束和电网安全约束的多时段动态无功优化问题,建立以有功网损最小为目标函数的混合整数非线性规划模型,并提出一种启发搜索加变量校正的两阶段求解方法:启发搜索首先将离散变量松弛为连续变量,形成一个带平衡约束的的优化模型,进而得到各个时段的连续优化结果,然后建立以方差最小化为目标并严格满足原模型中离散调节设备动作次数约束的整数二次规划模型,得到最优动作次数和离散归整结果;变量校正是固定启发搜索得到的离散变量优化结果,重新校正连续变量的优化量。通过IEEE 14测试系统详细讨论了无功调节设备的步长和动作次数对优化结果的影响;此外,IEEE 30、57、118节点测试系统的优化结果表明,所提方法能够快速得到优化结果,实现并行求解,且其精度可满足实际工程需要。

分布式电推进飞机能量优化动态管理技术研究

针对分布式混合涡轮电推进飞机电力系统动态能量管理技术开展研究,将分层模型预测控制(Model predictive control,MPC)算法用于其能量优化控制,针对分布式电推进飞机飞行功率需求的变化特点,采用了两层能量管理控制器的方法。即顶层MPC控制混合电推进飞机系统的飞行过程能量优化分配和多发电机组间、非关键载荷的投切状态等,实现燃油消耗代偿最小的目标,将优化问题等效为混合整形二次规划问题(Mixed integer quadratic programing,MIQP);底层MPC则控制双向DC-DC变换器,负责管理电池组的充放电状态和维持直流母线的电压动态平衡,利用储能装置的“削峰填谷”,改善并优化系统在飞行任务过程中的平衡工作点,同时实现飞机电网能量的动静态特性的协同控制,达到对混合电推进飞机电力系统的动态能量优化管理的目的,并与采用基于规则控制的能量管理策略进行了对比研究。最后通过建立基于RT-LAB的分布式电推进飞机电力系统硬件在环半实物仿真平台,对混合涡轮电推进飞机的分层MPC能量管理算法进行了技术验证,数字仿真和半物理试验结果表明其对于混合电推进飞机的动态能量管理具有很强的鲁棒性和操作性,验证了理论分析和设计的正确性。

基于混合逻辑的非线性系统多模型预测控制

针对已有的多模型预测控制算法在模型预测过程中采用局部线性模型进行预测向产生的预测误差较大这一问题,本文将非线性过程的多模型描述与输出预测之间的因果关系以约束条件的形式引入到模型预测控制的设计中,将非线性过程描述成为一个混合逻辑动态系统模型,模型切换规则以先验知识的形式引入到多模型预测过程中,该模型可以全局地表征非线性过程的特性,从而解决了多模型约束非线性预测控制的模型预测与模型切换问题．

电厂湿法烟气脱硫过程优化控制研究

深入研究了具有混杂系统特性的电厂湿法烟气脱硫(WFGD)过程的优化与控制问题;运用混合逻辑动态的建模方法(Mixed Logical Dynamic)建立了WFGD过程的MLD模型,基于MLD模型的预测控制方法把WFGD过程优化问题转化为实时求解混合整数规划(MIQP)问题,实时给出了WFGD过程优化运行的连续决策变量(吸收塔浆液的PH值设定)和离散决策变量(循环浆液泵开启台数)的最优解;用同样方法实现WFGD过程基础回路级中具有非线性动态的PH对象的控制;仿真表明基于MLD模型预测控制方法很好地解决了WFGD过程的优化与控制问题。

基于混合逻辑动态法的污水处理除氮过程的优化控制

应用混合逻辑动态系统法 (MLD) ,对活性污泥 1号模型 (ASM1)进行了简化 ,利用有关活性污泥法的专家经验 ,建立了连续进水间歇曝气活性污泥法除氮动态模型 .再采用预测控制的方法对该过程进行优化控制 ,通过仿真结果可知 :将MLD法应用到活性污泥法建模和优化控制中 ,可以更加深入地挖掘相关的专家经验知识 ,并将这些专家经验知识和连续变量模型相结合 ,使模型更加精确 ,控制和优化的效果更好 .为污水处理领域研究提供了一条新的途径 .

混合逻辑动态系统的预测控制器设计

介绍了混合逻辑动态(MLD)系统及其预测控制的优化问题,使MLD系统在满足操作约束的情况下能稳定在期望的稳态值上,同时尽可能地考虑用启发规则表示的定性知识。根据混合逻辑动态系统的标准形式,转化为混合整数二次规划(MIQP)的问题,同时获得它的数学描述。应用相应的混合整数二次规划解题器实施滚动优化技术,在参量可以调整的情况下,得到较好的控制效果。并以三槽水位模型(混合逻辑动态系统的Benchmark问题)作为仿真实例,仿真结果表明了预测控制的良好性能。

基于灰色预测模型的温室温湿度系统建模与控制

温室温湿度系统是一个典型的混杂系统(hybrid system,HS),系统的输入包括环境调控设备的开关状态以及可测不可控的外界环境因子扰动输入,包括太阳辐射、室外温度、室外湿度、风速、风向等。针对温室温湿度系统的这种混杂特性,该文提出一种基于切换系统的温室温湿度系统建模与预测控制方法。首先,分别在天窗开启与关闭状态下采用遗忘因子递推最小二乘法(forgetting factor recursive least squares,FFRLS)辨识模型参数,得到系统的2个子系统模型。采用灰色预测GM(1,1)模型预测温室温室度系统中可测不可控的扰动输入。然后,将系统预测控制问题描述为混合整数二次规划问题(mixed integer quadratic problem,MIQP),并通过分支定界法求解。分析了系统在有限时间内的稳定性(finite time stable,FTS)。最后进行了仿真研究,仿真结果表明该文中提出的建模和控制方法是有效的。

基于目标级联分析的输配电网黑启动分布式协同优化方法

协调优化大停电后输、配电网的恢复进程,充分发挥分布式电源的黑启动价值,可加快系统恢复速度,减小停电损失。考虑完整时间尺度下的黑启动过程,文中提出了一种输配电网黑启动分布式协同优化方法。首先,以最小化停电损失为目标建立了输配全局电网黑启动优化模型,利用经济手段量化黑启动方案的恢复效果。然后,基于目标级联分析将其分解为输电网黑启动优化子问题和各配电网黑启动优化子问题,子问题建模采用混合整数二次规划模型,计及了黑启动各时步电网不同元件的恢复操作。输、配电网控制中心仅需交换各时步的边界功率等少量信息就可进行分布式协调,进而得到输配协同的黑启动方案。最后,输配全局电网算例分析表明所提方法可有效协调输、配电网的恢复资源与进程,减小停电损失。

基于混合系统与终端不变集约束的混合整数规划优化控制

首先给出了混合系统的混合逻辑动态(Mixed logic dynamic,MLD)模型建模;提出了基于终端不变集约束的混合整数规划优化控制,通过建立Lyapunov函数证明了该方法的可行性:利用混合整型二次规划(Mixed-integer quadratic programming,MIQP)的方法对终端不变集约束混合系统的优化控制进行求解;最后通过一个实例进行建模、仿真,证明了本方法的可行性与优越性.

汽车电子ABS控制参数混合逻辑动态自标定研究

采用软硬件协同设计方法,提出基于汽车电子子系统模块化统一建模的动态仿真测试方法。参照汽车电子电控单元参数的匹配方法,提出了基于CCP协议在线调整ABS参数的匹配方法,并从理论上研究了基于MLD(Mixed Logical Dynamical)系统的ABS控制参数自动标定算法。并通过求解MIQP问题为ECU-ABS控制解出一个优化的控制序列。以ABS开发为例进行了说明和测试,对监控标定系统进行了试验,建立了完整的电控参数标定仿真、实验流程。提出的方法对其它汽车电子嵌入式实时软件开发,缩短调试、路试周期具有重要的意义。

适合于miRNA的荧光定量PCR优化体系的建立及其标准

实时荧光定量PCR是目前基因表达量差异分析的首选方法之一。虽然其操作简单,但如何保证其定量结果的可信度一直是个难题,特别是针对只有20多个碱基的miRNA的定量分析。本研究以水稻miR408在不同组织中的表达差异为实例,系统地优化和阐述了有关荧光定量的新标准及要求。结果表明,引物的浓度对于荧光定量PCR体系的优化至关重要。

基于遗传算法的项目风险最优控制

项目风险控制一方面能有效降低风险对项目成本和时间的冲击,但同时也不可避免地消耗额外的项目资源。因此在涉及多风险影响的情况下,项目成本和时间的优化管理是一个复杂的非线性MIQP全局优化问题。本文通过改进的遗传算法实现对项目风险的最优控制。

基于清洁供热技术组合的厂区综合能源解决方案算法研发

工业生产中的耗能特征非常复杂,用能种类较多且负荷波动较大。目前厂区供能方案的设计方法比较粗糙,大多情况下供能设备和用能负荷难以精准匹配,不能给出供能设备详细的运行策略,无法满足目前能源精细化管理的发展需求。本文以混合整数二次规划(MIQP)模型为核心算法开发了一套基于清洁供热技术组合优化的厂区综合能源解决方案算法。算法包含了厂区负荷预测模型、供能设备与技术模型、设备初筛与技术组合方案初筛模型以及核心优化算法模型。本文开发的算法依托Matlab平台,可以在(动态)满足全厂全年的(热/冷/电)负荷的条件下,提供最低综合供能成本解决方案,输出各个设备的运行策略。

考虑直流联络线功率调整的跨区风电消纳模型

为了应对风电在西北地区难以大规模消纳带来的挑战以及当前跨区域电力外送方式存在的问题,考虑直流联络线功率调整以促进跨区域风电消纳成为目前的研究热点。首先以受端电网的直流接入量为目标,优化得到了其直流功率安全接纳限值;然后结合该值以送端电网内火电成本、弃风成本以及直流联络线功率偏差惩罚成本之和为优化目标,同时考虑直流联络线功率的优化以及送端电网内的安全运行约束条件,建立了一个混合整数二次规划(mixed integer quadratic programming,M IQP)模型;最后以具有高压直流外送通道的西北某电网为例对模型进行了验证。仿真结果表明所提模型能够促进风电的跨区域消纳,提高互联系统的经济性。

考虑市场竞争条件的管输天然气供应链优化

天然气作为一种清洁、绿色的能源,在全球能源消费结构中占比越来越重。目前,虽然已有大量关于天然气供应链优化的研究,但多集中于单一供应方的最优需求分配,对多方竞争市场下的天然气供应链优化研究鲜有报道。针对两供应方竞争同一市场,以两方所获总利润最大为目标函数,考虑供需平衡约束、管道建设约束、站场建设约束以及储气库建设约束等,对两方分别建立混合整数二次规划(Mixed Integer Quadratic Programming,MIQP)模型以及混合整数线性规划(Mixed Integer Linear Programming,MILP)模型,并结合粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法对模型进行求解。将模型应用于某一沿海地区的天然气供应链系统,求解得到各供应方的供气方案和建设方案。计算结果表明:该模型具有一定的适用性,模型求解的稳定性较好。研究成果对于考虑市场竞争的天然气供应链优化、保障天然气资源供应的经济性和稳定性具有指导意义。

基于MLD模型的预测控制可行性与约束优先级研究

混合逻辑动态(MLD)框架为处理约束预测控制不可行和优先级问题提供了新的方法,但其优化算法求解计算量大,求解时间长.通过在目标函数中引入新的惩罚项改进优化算法,将混合整数二次规划(MIQP)问题转化为二次规划(QP)进行求解,减少了计算工作量,提高了求解效率.通过在Wood-Berry塔上的仿真分析,获得了良好的控制性能,分析结果表明了该方法的有效性.