专利名称：基于混沌克隆算子的铝液抬包配载优化方法
技术领域：
本发明涉及电解铝厂出铝调度中多约束优化问题的一种基于混沌克隆算子的铝液抬包配载优化方法，可优化出铝路径，调配电解槽铝液组合及实现出铝抬包调度。
背景技术：
电解槽配铝是电解铝生产关键工艺之一，在生产过程中，电解槽工况各不相同，其生产出的铝液化验结果各异，化验成分涉及到铁、硅、镁、铜、钙、锌等，这些杂质成分决定了生产出铝的纯度。电解槽配铝工艺就是根据每台电解槽的化验数据，将多台电解槽铝液按照生产出铝重量进行调配，使融合后的铝液成分满足生产工艺化学成分要求，即铁、硅、镁、铜、钙、锌等杂质含量不能高于指定值。现实生产中，电解槽配铝工艺过程非常复杂，电解槽配铝工艺规划与出铝抬包调度存在相关性，电解槽配铝即要考虑到配铝后的工艺成分要求，也需考虑出铝的轨迹路径问题，使出铝抬包尽可能在临近的电解槽出铝，因此电解铝配铝问题是一个多约束条件下的工艺调度优化问题。目前，电解槽配铝基本采用人工配铝，费时费力且容易出错，针对以上问题国内外研究很少，其中一种方法是在没有考虑到调度情况下对原铝铸造优化方法进行了研究，另外一种方法是对按照每两个电解槽合成一个抬包对配铝过程的多约束优化进行了研究。这两种方法都以Fe、Si含量及出铝路径对应权值形成优化目标对配铝调度进行优化，但是实际上使得电解槽配铝与调度更加复杂。现场化验数据复杂，不仅仅只处理Fe、Si两种杂质，电解槽工况复杂，往往存在化验数据非常好不需要配比调度，或者存在大的杂质化验数据无法自动配比调度，现场调度过程复杂，合成抬包的电解槽的数量在小于等于3的条件下变化。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于混沌克隆算子的铝液抬包配载优化方法。本发明是基于混沌克隆算子的铝液抬包配载优化方法，其步骤为:
步骤1:最优情况特例排出:定义5中按照出铝电解槽号每三个一组顺序累增；如满足约束条件则槽况良好，直接出铝，按照槽号生成抬包调度数据，程序结束；
步骤2:最差情况特例排出:对于任意一个，和其他电解槽中任意两个组成抬包，如所有约束条件都不满足，则槽况恶劣，提示无法配铝，程序结束；
步骤3:初始化:免疫克隆算法开始，初始化种群，设定算子参数，种群规模NS，进化代数，克隆规模AS，计算个体适应度；
步骤4:克隆扩增:依据抗体克隆规模AS，进行个体克隆扩增操作，获得新的抗体群
落；
步骤5:混沌克隆变异:计算扰动混沌向量，按照混沌向量中为I的位对克隆扩增群落个体进行变异操作，计算变异后的亲和度；
步骤6:克隆选择:依据亲和度、种群规模、抗体克隆规模，进行克隆选择操作，将抗体种群的数目缩减回NS;
步骤7:中止条件判断，不满足终止条件跳转到步骤4，反之则停止程序；
步骤8:输出最优个体:即为抬包调度数据。本发明创造在数学模型分析基础上，以出铝路径为优化目标，设计了混合策略优化方法完成优化，考虑到优化过程中存在着大量的约束造成过多的无效解，引入混沌克隆算子解决铝液配载调度问题。所采用优化方法简单，且具有更好的效果，能满足生产工艺的要求，在电解槽配铝的实际应用中替代人工，优化了出铝路径，合理的调配电解槽铝液组合，实现出铝抬包自动调度。
图1电解车间的电解槽排放方式。
具体实施例方式电解槽按顺序排放，如图1所示，电解槽配载问题包括配和载，生产中每三个电解槽的招液配成一个抬包，在抬包中的招液满足工艺化验标准前提下，决策出电解槽抬包装载方案使铝液出铝路程最短。定义1:设η个出铝电解槽集合为iV =.---.A-;.-}，η为出铝槽数。定义2:设铝液调配工艺标准集合为—m为工艺要求化验
元素个数，Mi为第i种元素的最大含量I (= [I Hf] ’ u ^为铝液中m种元素含量总和的最大值。定义3:设η个电解槽出招重量集合为^— ,..Jij。
`
定义4:设(Pn.....相卜其中PiJ表示第i个电解槽第j种元素的
含量，表示第i个电解槽m种元素的含量总和。定义5: —为抬包组，其中cn、ci2, Ci3为槽号，代表该槽在第i组
铝液抬包中。O，.:1l I 3 ^〗，为便于计算，要求-: , <；￡.,(最后一组铝液调配组合个数可以小于3)。定义6:设I=|Λ:- λ；」，Li表示出铝抬包在第i个组合内天
车行驶路程，若最后一组剩两个电解槽，则抬包行驶路程仅为这两个电解槽间的路程，若只剩一个电解槽，那么行驶路程记为O (单位为电解槽间距)。在符合调配标准的前提下，完成一批次电解槽的铝液调配任务，以出铝电解槽集合所有抬包路程之和最短为目标，定义目标函数如下:
权利要求
1.基于混沌克隆算子的铝液抬包配载优化方法，其步骤为: 步骤1:最优情况特例排出:定义5中按照出铝电解槽号每三个一组顺序累增；如满足约束条件则槽况良好，直接出铝，按照槽号生成抬包调度数据，程序结束； 步骤2:最差情况特例排出:对于任意一个，和其他电解槽中任意两个组成抬包，如所有约束条件都不满足，则槽况恶劣，提示无法配铝，程序结束； 步骤3:初始化:免疫克隆算法开始，初始化种群，设定算子参数，种群规模NS，进化代数，克隆规模AS，计算个体适应度； 步骤4:克隆扩增:依据抗体克隆规模AS，进行个体克隆扩增操作，获得新的抗体群落； 步骤5:混沌克隆变异:计算扰动混沌向量，按照混沌向量中为I的位对克隆扩增群落个体进行变异操作，计算变异后的亲和度； 步骤6:克隆选择:依据亲和度、种群规模、抗体克隆规模，进行克隆选择操作，将抗体种群的数目缩减回NS; 步骤7:中止条件判断，不满足终止条件跳转到步骤4，反之则停止程序； 步骤8:输出最优个体:即为抬包调度数据。
2.根据权利要求1所述的基于混沌克隆算子的铝液抬包配载优化方法，其特征在于在符合调配标准的前提下，完成一批次电解槽的铝液调配任务，以出铝电解槽集合所有抬包路程之和最短为目标，定义目标函数如下:
3.根据权利要求1所述的基于混沌克隆算子的铝液抬包配载优化方法，其特征在于根据权利要求1中步骤3所述的初始化种群先定义Η ....1in )为符合调配标准的电解槽序列基因编码，每三个电解槽组成一个抬包，也就是基因编码从前往后每三个基因合成一个抬包，Iii表示电解槽Nni，则其中抬包组出铝方案表示为:
4.根据权利要求1所述的基于混沌克隆算子的铝液抬包配载优化方法，其特征在于根据权利要求1中步骤3所述的初始化种群过程如下:步骤1:在之间随机产生起始槽位i ;形成顺序基因链(i, i+1, i+2......η, I, 2,......，i_l); 步骤2:Fe元素含量按冒泡法由高到低排列调整基因链； 步骤3:从起始基因位开始，每三个基因组成抬包，如抬包数据不满足约束条件，则顺序向后调换基因位置直到满足约束条件； 步骤4:产生初始基因链。
5.根据权利要求1所述的基于混沌克隆算子的铝液抬包配载优化方法，其特征在于根据权利要求1中步骤5所述 的变异算子用来调配电解槽铝液组合及改变槽装车路线；在混沌向量指引下产生变异基因位i，其中3 < I < n ;[l,n]不包括i所在基因组的3个基因位，若[1，η]基因位中存在j，使得i与j所在的两个基因组在二者互换后，仍旧满足约束条件，变异操作结束；否则，按未发生变异操作看待。
全文摘要
基于混沌克隆算子的铝液抬包配载优化方法，针对电解铝生产过程中电解槽调配及出铝调度中多约束优化问题，引入免疫混沌克隆算子，与人工经验组成混合优化算法，排出特例，以出铝路径为优化亲和度函数，变异算子调配电解槽铝液组合及改变槽装车路线。通过具体的算例证明了本发明创造所采用优化方法具有更好的效果，能满足生产工艺的要求，使得化验数据变小了，提高了铝的品质，优化了出铝路径，合理的调配电解槽铝液组合优化了槽装车路线。
文档编号G06N3/12GK103116806SQ20131007966
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者李建华, 芮执元, 赵正天, 魏兴春, 郭俊锋, 冯瑞成, 魏星, 罗德春, 任丽娜, 雷春丽, 刘满强 申请人:兰州理工大学, 兰州爱赛特机电科技有限公司