[发明专利]间歇性甘蔗煮糖结晶过程多目标优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及甘蔗制糖技术领域，特别涉及一种间歇性甘蔗煮糖结晶过程多目标优化方法。

背景技术

间歇性甘蔗煮糖结晶过程优化的目的是获得理想的晶体尺寸分布参数，它是评价产品质量好坏的重要指标而且影响下游操作的有效性。晶体尺寸分布参数主要包括晶体平均尺寸和晶体尺寸变异系数。

间歇性甘蔗煮糖结晶过程作为甘蔗制糖生产过程中最重要的环节，其优化过程早期主要通过优化糖膏温度曲线实现的。而另外一种相对理想的优化方法则从糖液过饱和度出发，过饱和度越高则晶体的增长速度越快，但是也会造成成核率的增加，这是结晶过程所不希望看到的，但是它是影响晶体尺寸分布参数最直接的因素。出于对糖液过饱和度参数获取难度的考虑，常用糖液锤度代替糖液过饱和度完成甘蔗煮糖结晶过程的优化。除此之外，还有一些其他的重要参数对蔗糖质量也有很大的影响，比如最初投种的晶体数量、尺寸、质量大小、糖液纯度、煮糖时间长短等。

上述间歇性甘蔗煮糖结晶过程的优化研究和应用大部份局限于单目标优化，而间歇性甘蔗煮糖结晶过程属于典型的多目标优化过程。人们通常希望在最短的时间内获得最大的晶体平均尺寸和最小的晶体尺寸变异系数，而影响这两个参数的过程变量主要包括糖膏温度、糖液过饱和度、糖液纯度、晶体体积和糖膏体积，此外，投种晶体特征(主要为投种晶体数量、尺寸和质量)对这两个参数也有很大影响，且这些过程变量和投种晶体特征相互作用，对晶体平均尺寸和晶体尺寸变异系数的影响复杂。

因此，在目前间歇性甘蔗煮糖结晶过程相关过程变量和投种晶体特征与产品质量关系尚不明确以及传统多目标优化算法难于同时将它们融入优化过程的情况下，有必要研究适用于间歇性甘蔗煮糖结晶过程的多目标优化方法，这对决策者实施更好的操作策略获得理想的蔗糖晶体具有重要的意义。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种间歇性甘蔗煮糖结晶过程多目标优化方法，实现间歇性甘蔗煮糖结晶过程的优化，优化结果可作为甘蔗煮糖过程优化控制的有力依据，从而提高甘蔗煮糖工艺的自动化水平，降低人工劳动强度和生产成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种间歇性甘蔗煮糖结晶过程多目标优化方法，包括以下步骤：

1)获取投种晶体特征和最终晶体尺寸分布参数；

将所述投种晶体特征作为第一约束变量，将所述最终晶体尺寸分布参数作为第一目标函数，通过所述第一约束变量和所述第一目标函数构建第一初始基因的变量值；

2)采用非支配排序遗传算法对步骤1)中所述第一初始基因进行寻优，得到所述最终晶体尺寸分布参数的Pareto优化解集；

3)采用TOPSIS方法对步骤2)中所述最终晶体尺寸分布参数的Pareto优化解集进行多目标决策，得到最优的最终晶体尺寸分布参数，其对应的所述投种晶体特征为最优的投种晶体特征；

4)获取过程变量和第一晶体尺寸分布参数；

所述过程变量包括：糖膏温度、糖液过饱和度、糖液纯度、晶体体积以及糖膏体积；

将所述过程变量作为第二约束变量，将第一晶体尺寸分布参数作为第二目标函数，通过所述步骤3)得到的最优的投种晶体特征和所述第二目标函数构建第二初始基因的变量值；

5)以步骤3)得到的所述最优的投种晶体特征作为初始变量，采用非支配排序遗传算法对步骤4)中所述第二初始基因进行寻优，得到所述第一晶体尺寸分布参数的Pareto优化解集；

6)以所述第二约束变量中的所述糖膏温度为依据，对所述第一晶体尺寸分布参数的Pareto优化解集对应的所述过程变量进行排序；

7)输出步骤3)中所述最优的投种晶体特征和步骤6)排序后的所述过程变量。

上述技术方案中，所述投种晶体特征包括投种晶体重量以及晶体数量-体积分布的第零阶矩、第一阶矩、第二阶矩和第三阶矩。

上述技术方案中，所述最终晶体尺寸分布参数包括最终晶体平均尺寸以及最终晶体尺寸变异系数。

上述技术方案中，所述第一晶体尺寸分布参数包括第一晶体平均尺寸和第一晶体尺寸变异系数。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明将NSGA-II算法和TOPSIS方法进行结合，引入间歇性甘蔗煮糖结晶过程中，使得间歇性甘蔗煮糖结晶过程的多目标优化更加全面、准确和可靠。