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    改進遺傳算法校核管道摩阻系數

    2019-05-20   來源:   點擊數:0次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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     中國鋼管信息港陸續報道:關鍵詞物流管道磁力研磨回轉磁場往復磁場中圖分類號有序地排列成磁力刷。
      
      把工件放入磁場中間,并使前言工件相對極和極保持一定距離,當工件相對磁極作相對運動時,磁性磨粒將對工件表面進行研磨。
      
      隨著科學技術的發展,對半導體產業原子能在研磨過程中,磁性磨粒的受力狀態見圖產業航空航天產業生物化學行業醫療器械行業以及食品機械行業的輸送流體的管道都提出了更高的要求。
      
      如在半導體產業中,輸送高純度氣體的容器及管道,原子能產業中輸送超純水的高清潔度管道,均要求內壁表面粗糙度小于腳,在生化行業醫療器械行業食品機械行業的輸送流體的管道要求高清潔度的管道,其中內表面粗糙度要求小于腳。
      
      這些要求都是軋制管道及非裝飾性焊接管道難以滿足的,必須增加加工工序,對內表面實施加工。
      
      磨粒是在加工區中靠近工件表面的一顆磁性磨粒。
      
      在磁場作用下,磁性磨粒受到沿磁力線方向的作用力為Fx,沿磁等位線方向的作用力為凡。
      
      同時,磁性磨粒與工件表面接觸,產生沿工件表面法向的切削抗力為凡,磨粒與工件表面的相對運動產生的切向抗力凡可以防止磨粒向加工區域外流動,這樣就保證了研磨加工的正常進行磁場作用力可表示為了內表面磁力研磨簡介一擎敘刁萬戶,二瓜陰二一妙式中磁性磨粒的體積磁力研磨的示意圖如圖所示。
      
      把磁性磨粒放入磁場中,磁性磨粒在磁場中將沿著磁力線的方向點的磁場強度磁性磨粒的磁化率在和方向上的磁場梯度由磁力線和磁等位線決定的坐標由和(2 )可看出,磁場作用力凡正比于磁粒的體積磁粒的磁化率磁場的強度及磁場梯度。
      
      研磨運動的要求圖磁力研磨示意圖國家教委博士點專項科研基金資助項目26收到初稿,收到修改稿研磨運動包括軌跡和速度兩個方面。
      
      研磨運動的軌跡是決定被研磨工件表面粗糙度的重要因素之一。
      
      中國鋼管信息港陸續報道:僅實現單調研磨軌跡的磁力研磨在工件內表面會產生周向圈紋,其次不能充分利用選擇性材料去除,更加經濟地獲取所需表面質量,再次,磁力研年月王艷等不銹鋼物流管道內表面磁力研磨的回轉磁場設計磨的工藝能力可達腳,但不能滿足腳的工藝要求。
      
      管網節點壓力或管道流量實測值與計算值之間的平方和所構成的目標函數值為最小卜但是在實際的應用過程中,這些方法都會帶來較大的誤差值,特別是在較大的管網校核中,即便是經過對優化算法的改進,也不能有很好的效果。
      
      校核模型的建立常用模型用來校核摩阻系數的常用模型是以節點壓力的實測值與模型計算值之間的差值平方和為目標函數堂斟,緲一式中外,盧節點相連的各管道模型預測流量凡為流量影響因子為與節點相連的各管道實測流量月為與節點有關的管道集合。
      
      改進模型文獻一都給出了算例分析,并得出了比以前一般傳統方法精確的解,但是也存在不同的問題。
      
      首先,雖然得到了較精確的解,但是少數的管道仍然存在較大誤差其次,初試的參數設定值和范圍對模型優化的精度和效率影響較大另外,算例中給出的僅是較小型的管網,推廣到較大型的管網時精度難以保證。
      
      所以,在這些方法的基礎上,提出了一種改進模型。
      
      文中嘗試以節點壓力管道流量以及水庫(水池)水位的實測值與計算值之差的平方和之和作為優化的目標函數,這樣就同時考慮了各種影響因素。
      
      該模型考慮了節點壓力管道流量和水庫(池)水位的校核,使得模型更加精確但是這又增加了模型的復雜度,因此,需將進一步探討該模型的求解。
      
      首先,可以通過管道分組的方式,將相似管道按照一定的原則分組,減少模型的參數變量,簡化模型求解。
      
      分組的原則一般為管徑管齡和管材管道位第期段煥豐等改進遺傳算法校核管道摩阻系數置及按壓力水頭確定的主要管道,但是這樣分組會存在精度與效率的矛盾,這需要從實際情況考慮。
      
      其次,可以通過對算法的改進來達到優化效率和速度上的某種妥協。
      
      優化算法的改進用于管網參數校核的傳統方法一般有靈敏度分析解析法最優化方法等。
      
      根據上述建立的優化模型可知,該問題為復雜約束的非線性規劃問題,并且非線性度較高,采用傳統的非線性規劃方法很難求解。
      
      文獻一丑采用的遺傳算法是解決該問題的較好方法,無論在效率和精度方面都比傳統的方法好,但是要將該方法應用了實際中較大的管網模型或管道分組較多決策變量較多時,其效率和精度,特別是速度方面也不能令人滿意。
      
      遺傳算法一般原理普通的遺傳算法主要包括以下步驟(1)根據待校核管道的摩阻系數進行編碼,形成數值系列的遺傳個體(2)根據給定的摩阻系數范圍隨機生成父代遺傳群體(3)根據群體個體所代表的摩阻系數值進行管網水力計算,進而計算目標函數值體的適應度評價(5)進行選擇交叉和變異等遺傳操作,得到新的群體進行上述循環操作,直至滿足進化要求,即找到最優解。
      
      流程如圖所示。
      
      準備計算初始化計算(生成初始群體方案)輸人實測工況數據(壓力,流量等)群體解碼及適應度評價計算選擇交叉及變異等遺傳操作生成新的群體第一次和第二次進化迭代所產生的優秀個體的變量區間作為變量新的初始變化區間,再重新運行上述的算法過程,如此加速循環,優秀個體的變化區間將逐步調整和收縮,與最優點的距離將越來越近,從而可以加快找出最優解的過程。
      
      (2)在遺傳算法選擇操作過程中,采取最優保存策略。
      
      即當前群體中適應度最高或較高的個體不參與交叉和變異運算,而是用它來替換掉本代群體中經過交叉變異等遺傳操作后所產生的適應度最低或較低的個體。
      
      (3)采用浮點數編碼的方式,也叫實數編碼方式,來替代傳統的二進制編碼方式,使得遺傳個體直接以實數表示,而不是代碼串組合,大大降低了個體代碼長度,使效率提高。
      
      (4)對于特別復雜的管網系統,用上述方法很難收斂時,可進一步在算法中加人模擬退火的思想,形成遺傳模擬退火混和遺傳算法這種算法收斂性很強,但是由于計算過程增加使其效率有所下降,可以通過實際情況綜合考慮來決定是否采用該方法。
      
      算例分析管網模型實例某城市給水管網系統如圖所示,基本數據如表該系統已經經過簡化處理,對于相近的并且相似的管道均視為同一管道處理,以至于該系統只包括有21根管道,個節點,個水庫或水池,其水位為系統總用水量為遜竿扮一盔對圖遺傳算法校核流程圖改進方法上述遺傳算法對于一般的非線性優化問題優化效率和精度都很高,并且它是全局搜索算法,特別對于多峰值問題不會陷人局部最優。
      
      但是,當問題的復雜度增大時,其搜索效率也會隨之下降的。
      
      中國鋼管信息港陸續報道:由于在管網參數校核問題中,不僅目標函數是復雜的非線性函數,而且其約束很多,每個約束都是很復雜的非線性方程,從而使得其效率和精度下降,更有可能不能收斂。
      
      特別是對于含有水庫或調節水池的管網更是如此。
      
      對此,將通過如下方法來解決。
      
      (l)采用加速迭代的方法提高效率。
      
      用運行中的習門拐圖校核算例管網系統圖求解過程參數及結果遺傳算法參數設定群體規模選擇方法為比例選擇法,選擇概率為尸。
      
      交叉方法為兩點交叉,交叉概率尸二變異方法為兩點變異,變異概率尸形成加速區間的優秀個體數為摩阻系數變量的搜索范圍設定為一巧校核結果圖中模型的決策變量為個,采用式(3)作為助管網摩阻系數校核的最優化模型,并且隱含有各個管網水力計算方程組。
      
      結合所述的改進遺傳算法和管網模擬計算方法得到了如表的校核計表管網系統基本數據表是以文中優化方法最快。
      
      表校核誤差比較模型節點壓力平均誤差管道流量平均誤差水庫(池)水位平均誤差管段編號管道計算直徑們業11管道計算長度管道端點標高上端下端文中模型模型模型注種方法優化過程中的各自算法參數值不同,計算時間也不同。
      
      結束語管道摩阻系數的校核工作是整個管道系統優化設計和調度的重要部分,而且對于整個管道工程的經濟效益有很大的意義。
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