大规模动态过程优化的拟序贯算法研究

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1、浙江大学博士学位论文大规模动态过程优化的拟序贯算法研究姓名：洪伟荣申请学位级别：博士专业：控制科学与工程指导教师：王树青;GünterWozny20051201摘蛙234向。用算法的求解路径和一维搜索步长来比较优化算法的不同特性，得出拟序贯算法十分适合于求解强非线性过程最优控制等一些过程优化问题。由于拟序贯算法的NLP中不包含等式约束，大大降低了一维搜索中价值函数严格下降的要求，与联立算法相比，拟序贯算法可以有较大的步长因子，收敛序列可以“大步前进”。数值例子计算结果显示拟序贯算法在求解模型方程的值随NLP

2、求解过程变化剧烈的、具有强非线性的优化问题时有较快的收敛速度。即使对一般的不等式约束优化问题，拟序贯算法也有一定的优势。通过分析优化算法的算术运算量(arithmeticoperations)来研究优化算法的计算速度，提出了一个选择优化算法的判据。对于一个具体的等式约束优化问题，通过分析联立算法和拟序贯算法求解这个优化问题的算术运算量，可以用这个判据来判断是哪一个算法更适合于求解这个问题。用CSTR例子验证了其有效性。探讨了大规模优化问题中系统模型的数学结构对优化算法计算效率的影响，利用系统模型的稀疏结构可

3、以大大提高优化算法的数值计算时间。以拟序贯算法为基础，编写了拟序贯算法程序QSOPT，并用它计算了化工过程中两个动态优化的典型例子：CSTR最优控制和热集成精馏系统的最优操作及参数估计问题，计算结果表明拟序贯算法可以快速有效地求解带路径约束的大规模动态优化问题。最后，对全文的研究工作进行了总结，并提出了存在的问题和进一步研究方关键词：动态优化，序贯算法，联立算法，拟序贯算法，求解路径，计算速度浙江大学博十论文IIABSTRACTModellingandoptimizationbasedonrigorousm

4、athematicalmodelequationshavesignificantlybecomeamajortechnologyareaintheprocessindustries．Manysystemengineeringcompaniesandacademicorganizationhaveputalotofresearcheffortstostudyindepthontheprocessmodellingandoptimization，andhopetomakegreatprogress．Howeve

5、gthediscretizedoptimizationproblemsbasedonrigorousandmathematicalmodeloftenownthecharacteristicsthataremanymodelequations，multi—variablesandhighnonlinearity．Thereexistsgreatdifficultytosolvesuchoptimizations，andstoresuchnumbersofvariables．Solutionofthislar

6、ge-scaleoptimizationproblemwithgeneraloptimizationapproachcallbeinefficient．Eventhoughthesolutioncouldbefound，thecomputationefficiency,convergencerateandinitial—valuesensitivitywereunsuitablefordemandofmodemprocessindustries．Therefore，itisacrucialresearchw

7、orktodevelopefficientapproachforthelarge-scaleoptimizationproblemsinmodernprocessindustries．MethodsthatapplyNLPsolverstolarge—scaledynamicoptimizationnormallycanbeseparatedintosequentialapproachandsimultaneousapproach．Sequentialapproacheshavesomeadvantages

8、thatarefewdegreesoffreedominNLP,feasiblepathmethodandemploymentofnormalsimulationsolvers．Butitcannothandleproblemswithpathconstraintsefficiently．Simultaneousapproachdirectlycouplethesolutionofmodelequationswi