基于改进多目标优化算法在多光谱测温中的研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文基于改进多目标优化算法在多光谱测温中的研究硕士研究生：迟源指导教师：冯驰教授学科、专业：信息与通信工程论文主审人：陈立伟副教授哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于改进多目标优化算法在多光谱测温中的研究硕士研究生：迟源指导教师：冯驰学位级别：工学硕士学科、专业：信息与通信工程所在单位：信息与通信工程学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADiss

2、ertationfortheDegreeofM.EngResearchonMulti-spectralTemperatureMeasurementBasedonImprovedMulti-objectiveOptimizationAlgorithmCandidate:ChiYuanSupervisor:FengChiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:InformationandCommunicationEngineeringDateofSubmission:Dec.2017DateofOral

3、Examination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity摘要温度是一种可以体现物质状态的重要参数，在工程中为判断部件工作状态提供了重要依据，尤其是在航空工程中显得尤为重要。准确测量航空发动机内旋转叶片的温度可以起到监测发动机工作状态的作用，最大程度上保障其工作状态的安全。多光谱辐射测温是目前非接触式测量方式中最有效的一种。这种方法利用多条光路的信息来进行温度的测量，多光谱计算时将发射率作为求解的未知量放在方程中，从而减小了测量真温对发射率信息的依赖性，尽可能避免单路测温所带来的误差，具有适应性强的特点。但该

4、方法测量的每路温度为辐射温度，在真实的测量中我们需要更为直观的真实温度作为参考，因此我们需要一种快速、准确的计算方法来处理多波长测温的数据，从而达到实时测量的目的。本文针对这个问题做了以下工作：（1）本文将多目标优化算法应用在涡轮叶片多光谱辐射测温的数学模型当中。仿真比较传统的遗传算法(GeneticAlgorithm,GA)和第二代非支配排序算法(Non-DominatedSortingGeneticAlgorithm-Ⅱ,NSGA-II)在1000℃的种群特性、计算精准性、稳定性；并且在某温度范围内比较两种算法处理各波长数据的能力，发现GA算法具有更快的计算速度

5、，NSGA-II算法则具有更好的稳定性以及计算精度。（2）为了进一步提高算法的计算性能，本文在原有的遗传算法上加以改进，通过引入双种群、自适应动态调整参数、差分变异算子可有效提高遗传算法种群特性，降低了因过早收敛而陷入局部最优的可能；另一方面在NSGA-Ⅱ算法基础上，通过改进交叉算子，精英策略，自适应交叉变异概率可使该算法在保留了优秀解的同时也尽可能丰富了进化初期种群特性，进一步提高了算法的稳定性；之后又引入了目前进化算法中速度较快的差分进化算法(DifferentialEvolutionAlgorithm,DE)来进行相应的仿真计算。最后通过比较各算法在四种经典发

6、射率模型下的仿真结果可知，改进的NSGA-II算法针对各发射率模型具有一定的普适性，计算精度更高，稳定性更好，但是却以消耗时间为代价，因此更加适合涡轮叶片辐射测温的离线数据分析。（3）利用Matlab与Labview混合编程设计数据采集系统、各算法比较计算模块，并且利用历史电压数据模拟数据采集计算一体化效果，进而突出差分进化算法在测量时具有较好的时效性，有望在涡轮叶片多光谱辐射实时测温中得到具体应用。文章最后采用四波长实验数据进一步验证各种算法的计算性能。关键词：涡轮叶片；多波长测温；多目标优化算法；遗传算法；NSGA-Ⅱ算法；数据采集计算一体化ABSTRACTTe

7、mperatureisanimportantparameter.Itcanreflectthestateofmatter,especiallyinengineeringapplication.Accuratelymeasuringthetemperatureofarotatingturbinebladeinanaeroengineisveryimportant.Itcanservetomonitortheworkingstateoftheengine.Multi-spectralradiationtemperaturemeasurementisthemostef