基于多目标粒子群算法的锌电解能耗优化方法研究及应用

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湿法炼锌电解过程是硫酸锌溶液中的锌离子在直流电作用下放电析出的电化学过程,能耗是其重要的经济技术指标。锌电解过程工艺复杂,影响能耗的工艺参数多,各参数之间耦合严重、非线性强。实际生产中,工艺参数一般由操作人员以工况稳定为前提,凭经验进行设定,难以实现各参数之间的综合优化,造成锌电解过程能耗高。针对这一问题,以锌电解过程为研究对象,建立了电流效率和槽电压与电流密度、硫酸浓度、锌离子浓度及电解液温度之间的支持向量机模型,并利用现场数据对所建模型进行了修正。在此基础上,建立了以锌电解过程能耗和用电费用最低为目标,以电流密度、硫酸浓度、锌浓度和电解液温度四个主要工艺参数为优化变量,以产量和生产工艺为约束条件的锌电解能耗多目标优化模型。研究了多目标粒子群优化算法,针对粒子群算法应用于求解多目标优化问题所得解集的分布性较差和收敛性不好的问题,提出了一种基于归档机制和权重系数法的多目标粒子群算法。该算法引入半可行域概念和竞争选择规则以处理约束问题,在选择规则中引入归档机制保存最好的不可行解,设计了选择算子对半可行域进行操作;在选取个体极值的过程中引入存档技术和权重系数的方法;并将实时变异策略应用到从外部集中选取全局极值的过程,避免了粒子陷入局部非劣最优解。通过对一些标准测试函数进行仿真,验证了所提算法的有效可行性。最后将提出的多目标粒子群算法应用到锌电解过程能耗优化模型的求解,并采用基于TOPSIS的多属性决策方法得到最终的满意解,实现了锌电解过程的能耗优化。
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