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专利号: 201911247387X
申请人: 湖北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种水肥一体机多目标精准施肥控制参数优化方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:建立水肥一体机多目标精准施肥控制参数优化数学模型,通过调节水肥一体机施肥泵的流量和扬程来控制水泵的运行;

其中,根据控制精度误差最小与运行成本最小,建立的多目标数学模型为:min F(x)=(f1(x1,x2),f2(x1,x2))f1(x1,x2)=min max|gt(x1,x2)‑set|f2(x1,x2)=min(A·k(x1,x2)+B·p(x1,x2))s.t:x>0

其中,f1(x1,x2)为控制精度误差最小函数,f2(x1,x2)为运行成本最小函数,gt(x1,x2)为水肥一体机运行过程中的肥液浓度曲线,其中x1为水肥机流量,x2为水肥机扬程,set为设置的浓度值;k(x1,x2)为水肥一体机造价与流量‑扬程关系曲线,p(x1,x2)为流量‑扬程运行成本曲线,A,B为修正参数;

步骤2:求解所述步骤1中建立的数学模型的多目标优化的Pareto最优解集,通过求解Pareto最优解集得到一组最优解,包括f1(x1,x2)控制精度误差值与f2(x1,x2)运行成本值,求得水肥机施肥控制的精度控制和耗能之间的均衡组合,为选择适应于不同实际情况的设计方案提供最优解集;

步骤3:根据选择的最优解对水肥一体机参数进行设置。

2.根据权利要求1所述的水肥一体机多目标精准施肥控制参数优化方法,其特征在于,步骤2的具体实现包括以下子步骤:步骤2.1:初始化流量参数X=[x1,i,x2,i,x3,i,x4,i..,xn,i];其中xn,i为第i个个体在第n个时段的流量;采用在定义域范围内随机生成的方式进行流量变量的初始化;

步骤2.2:计算每个个体在f1(x1,x2)目标和f2(x1,x2)目标上的函数值;

步骤2.3:根据Pareto最优的定义,如果当前是第一代进化则分析当前群体,并找出所有Pareto最优解;如不是第一代进化分析当前群体和上一代Pareto最优解集中的所有个体,找出合并集合的Pareto最优解;

步骤2.4:对当前群体进行聚类分群,以Pareto解集中的解为中心,将当前群体分为M个群体,并采用灰狼优化算法分别计算每个群体的α、β、δ、ω四种层次的灰狼参数,并分群进行进化产生下一代群体;

具体实现包括以下子步骤:

步骤2.4.1:以Pareto最优解集中的Pareto最优解为中心,采用k‑mean按个体之间的欧式距离的远近进行分群;

步骤2.4.2:将一个分群的狼群分为4个层次,由上到下分别编号为α、β、δ、ω四种不同层次的狼,其中α为最优解、β为次优解、δ为第三解、其他个体为ω层次的狼;每个狼为一个个体,其数学表达式为:其中,Xi(t)表示第i只灰狼个体,N表示问题的维度,t为进化代数, 表示第i只灰狼在第N维上的值;

步骤2.4.3:通过模拟狼群狩猎的过程,设计求解水肥一体机多目标精准施肥控制参数优化算法,包括跟踪并靠近猎物、追踪包围猎物和攻击猎物三步骤;其狼群的靠近猎物过程具体数学模型如下:Xi(t+1)=Xp(t)‑D·|C·Xp(t)‑Xi(t)|其中,t为当前迭代次数,Xp(t)为猎物在t时刻的位置,D·|C·Xp(t)‑Xi(t)|为狩猎包围的步长,D和C分别为控制包围步长的系数,系数定义如下:D=a·(2·r1‑1);

C=2·r2;

其中,r1和r2为[0,1]之间的随机数,a为控制参数,随种群迭代次数的增加而减少,即:式中tmax为最大迭代次数;

步骤2.4.4:狼群中处于领导地位的不同层次的个体,进行更新操作,其他ω层次的狼根据α、β、δ狼的位置进行更新;其具体公式如下:其中,Xi,α(t+1)、Xi,β(t+1)、Xi,δ(t+1)、Xi,ω(t+1)分别表示α、β、δ、ω狼在第t+1代时的位置,该数学模型描述了狼群追踪包围猎物和攻击猎物的过程;

步骤2.5:合并所有的群体,并根据Pareto最优解的定义,即对于解集中的任意一个解都不存在另一个解Pareto支配该解,则称该解为Pareto最优解,根据定义更新Pareto最优解集;

步骤2.6:判断程序是否结束,即是否达到设置的进化代数;若是,求得水肥机施肥控制的精度控制和耗能之间的均衡组合,得到对应的x1,x2参数即施肥机的流量和压力,则本流程结束;否则跳转到步骤2.2。