基于改进PSO算法的酒精发酵过程补料优化.pdf

海州雩院雩掉 2009年12月第23卷第6期 JournalofChizhou Dec．2009V01．23No．6 College 基于改进PSO算法的酒精发酵过程补料优化 陆克中-，李海波z (1．池州学院数学与计算机科学系，安徽池州247100；2．无锡商业职业技术学院电子工程系，江苏无锡214153) 【摘要】针对基本粒子群优化算法存在的早熟收敛问题，提出了一种保持粒子活性的改进PS0算法：当粒子失活时．对粒子进行变异或扰 动操作。重新激活粒子，使粒子能够有效地进行全局和局部有哪些信誉好的足球投注网站，并将改进的PSO算法应用到酒精流加发酵过程的补料优化。实验结果表明， 运用改进的PS0算法在进行流加发酵过程的补料优化时，它的寻优性能良好，而且寻优速度很快，可以提高最终产物14％的产量。 【关键词】改进的粒子群优化；酒精发酵；补料优化 A 102(2009)06加017—04 【中图分类号】TPl8 【文献标识码l 【文章编号】1674—1 流加发酵是酒精发酵的主要方式。流加发酵过 度快、设置参数少、程序实现异常简洁、具有深刻的 程中对基质流加率的优化控制是一动态问题111，也 智能背景等特点，既适合科学研究，又特别适合工 是间歇补料发酵过程的核心内容。许多学者在这方 程应用【131。但PSO算法在优化后期群体的多样性容 面进行了大量的研究，出现了许多理论上的成果。 易丧失，致使算法的收敛速度变慢，甚至处于停滞 Fishman等应用连续极大值原理求取了葡萄糖盼补状态。针对此，本文对PSO算法进行了改进，并将 料优化策略121；ReinLuus用迭代动态规划的方法来改进的PSO算法应用于流加发酵过程中补料的优 化控制。 求解发酵过程的优化补料问题翻；Rodrigues等人运 用罚函数的概念将描述发酵优化补料问题的多约束 1优化问题描述 非线性规划问题进行简化，用修改的单纯形法进行 求解吲；Victor等利用马尔科夫决策算法来优化乙醇 本文以酒精发酵为例，探讨PSO及其改进算 法对流加发酵过程中补料流加速率的优化控制。酒 发酵的补料轨迹圈；Feng-ShengWang等用遗传算 精流加发酵的动力学模型来自文献IⅧ。优化目标就 Mahade- 法来求解优化补料问题嗣；Radhakrishnan van等研究了微分平滑法在求解发酵优化补料策略 是通过有哪些信誉好的足球投注网站最佳基质流加曲线(与时间的函数)， 中的应用，并取得了较好的仿真结果同；RonenM．等 从而最大化酒精产量。首先假定每批发酵所需时间 人运用进化算法来求解流加发酵过程的最优的补 为54小时。用于优化问题的数学描述为： K． 目标函数： 料流加速率、奇异控制转换时间等嘲；Ioannis Kookos曾采用模拟退火算法来解决补料发酵过程 maxPI=x“D“D (1) 的优化控制问题朋；李海波使用蚁群算法优化补料 其中 分批发酵过程，取得了较好的仿真结果1101，等等。 等29lxl-u(t)詈 (2) 近年来，由Kennedy和Eberhart提出的粒子群 8Walln 优化(particleoptimization,简称PSO)算法‘nJ23 (3) 鲁一109丙删警 由于其内在的优点