第18章基于罰函數(shù)的粒子群算法的函數(shù)尋優(yōu)

1、 第十八章第十八章MATLAB優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用第第18章章 基于罰函數(shù)的粒子群算法基于罰函數(shù)的粒子群算法的函數(shù)尋優(yōu)的函數(shù)尋優(yōu) 第十八章第十八章MATLAB優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用18.1 粒子群算法概述粒子群算法概述自20世紀(jì)50年代中期創(chuàng)立了仿生學(xué)，許多學(xué)者開始從生物中挖掘新的算法來用于復(fù)雜的優(yōu)化問題。一些學(xué)者通過研究生物進(jìn)化的機(jī)理，分別提出了適合于現(xiàn)實(shí)世界復(fù)雜優(yōu)化問題的模擬進(jìn)化算法（Simulated evolutionary algorithms），例如SA、SOA、ACO、PSO、GA等。例如美國Michigan大學(xué)的J.H.Hollan

2、d教授等創(chuàng)立的遺傳算法GA，Rechenberg等創(chuàng)立的進(jìn)化策略及Fogel等創(chuàng)立的進(jìn)化規(guī)劃。遺傳算法GA、進(jìn)化策略、進(jìn)化規(guī)劃有一定的相似性，它們均來自于達(dá)爾文的進(jìn)化論，其中遺傳算法GA的研究最為深入，理論最為成熟，并且應(yīng)用面也最廣。粒子群算法（PSO）也是一個多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，同樣吸引著眾多的學(xué)者運(yùn)用不同的技術(shù)手段對之進(jìn)行改進(jìn)研究，具體包括數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、生物以及物理等許多學(xué)科的科研人員，并且粒子群優(yōu)化算法PSO在工業(yè)、交通、化工、能源、農(nóng)業(yè)、國防、工程、通信等許多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。因此，對粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行研究具有很重要的意義。 第十八章第十八章MATLAB優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用優(yōu)

3、化算法案例分析與應(yīng)用18.2 粒子群算法模型粒子群算法模型 112max1234max2maxmaxminmax,/1rand/2rand/+1 =12111,2,3,ijijijijg jijijijijcRRt TficcRRt Tfict Tvtvtfipxtfipxtxtxtvtjd為提高PSO算法的性能，常用的對粒子群算法進(jìn)行改進(jìn)策略，即CPSO算法，其參數(shù)改進(jìn)如下 第十八章第十八章MATLAB優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用18.4 汽車動力傳動參數(shù)優(yōu)化設(shè)計汽車動力傳動參數(shù)優(yōu)化設(shè)計汽車的動力性是指汽車在良好路面上直線行駛時由汽車受到的縱向外力決定的、所能達(dá)到的平均行駛速

4、度。汽車的動力性主要可由以下三方面的指標(biāo)來評定：（1）最高車速：最高車速是指在水平良好的路面（混凝土或?yàn)r青）上汽車能達(dá)到的最高行駛速度。它僅僅反映汽車本身具有的極限能力，并不反映汽車實(shí)際行駛中的平均車速。（2）加速能力：汽車的加速能力通過加速時間表示，它對平均行駛車速有著很大影響，特別是轎車，對加速時間更為重視。當(dāng)今汽車界通常用原地起步加速時間與超車加速時間來表明汽車的加速能力。原地起步加速時間是指汽車由第I擋或第II擋起步，并以最大的加速強(qiáng)度（包括選擇適當(dāng)?shù)膿Q擋時機(jī)）逐步換至最高擋后達(dá)到某一預(yù)定的距離或車速所需要的時間。超車加速時間是指用最高擋或次高擋內(nèi)某一較低車速全力加速至某一高速所需要的

5、時間。（3）爬坡能力：汽車的爬坡能力是指汽車滿載時，用變速器最低擋在良好路面上能爬上的最大道路爬坡度。 第十八章第十八章MATLAB優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用18.4.2 汽車燃油經(jīng)濟(jì)性評價汽車燃油經(jīng)濟(jì)性評價汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性是指在保證汽車動力性能的前提下，以盡量少的燃油消耗量行駛的能力。汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性主要評價指標(biāo)有以下兩方面：（1）等速行駛百公里燃油消耗量：它指汽車在一定載荷（我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定轎車為半載、貨車為滿載）下，以最高擋在良好水平路面上等速行駛100km的燃油消耗量。行駛的燃油消耗量。（2）多工況循環(huán)行駛百公里燃油消耗量：由于等速行駛工況并不能全面反映汽車的實(shí)際運(yùn)行情況

6、。汽車在行駛時，除了用不同的速度作等速行駛外，還會在不同情況下出現(xiàn)加速、減速和怠速停車等工況，特別是在市區(qū)行駛時，上述行駛工況會出現(xiàn)得更加頻繁。因此各國都制定了一些符合國情的循環(huán)行駛工況試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來模擬實(shí)際汽車運(yùn)行狀況，并以百公里燃油消耗量來評價相應(yīng)行駛工況的燃油經(jīng)濟(jì)性。 第十八章第十八章MATLAB優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用18.4.4 目標(biāo)函數(shù)與約束條件分析目標(biāo)函數(shù)與約束條件分析 1122F X =+fxfx 100tw=- -fuumT fxddF F Ftu0/te gTFM i ircosfFGf2/ 21.15wDaFC Au,102eeeeaK Pg n PQSu

7、313600761403600maDaateGfC AduPdtuuu 第十八章第十八章MATLAB優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用圖18- 1 發(fā)動機(jī)的燃油消耗率變化圖 第十八章第十八章MATLAB優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用max1=-0alagXu umax2= -0lgXi ill max3=D-D0gXnln max4=D -D0gXmax105=-0tqggTZgXTi iFr612=0.85q-/0gggXii712=/-1.20q0gggXii823=0.80q-/0gggXii923=/-1.10q0gggXii1034=0.75q-/0gggXi

8、i1134=/-1.05q0gggXii1245=0.70q-/0gggXii1345=/-1.0q0gggXii142312=/-0.95/0gggggXiiii153423=/-0.95/0gggggXiiii164534=/-0.95/0gggggXiiii17=-0lgXX X 18= -0hgXX X 第十八章第十八章MATLAB優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用優(yōu)化算法案例分析與應(yīng)用global lamda1 lamda2 m ua_max eta_T r G f alpha Cd A rou K Ttq_max Fz fai ge_ne_pe dulamda1 = 0.2; % 動力性發(fā)揮程

9、度加權(quán)因子lamda2 = 0.8; % 經(jīng)濟(jì)性加權(quán)因子m = 1092; % 整車質(zhì)量（kg）ua_max = 50; % 最大車速(km/h)eta_T = 0.9; % 傳動系的傳動效率r = 0.3; % 車輪半徑(m)g = 9.8; % 重力加速度（g*m/s2） G = m*g; % 汽車重力G=mg，(N)f = 0.015; % 汽車的滾動阻力系數(shù)alpha = 25*pi/180; % 道路坡度角-弧度Cd = 0.32; % 空氣阻力系數(shù)A = 1.5; % 迎風(fēng)面積，即汽車行駛方向的投影面積(m2)rou = 7.0; % 燃油重度，N/LK = 1.05; % 考慮連續(xù)加速,加權(quán)系數(shù)Ttq_max = 132; % 發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩(N.m)Fz = G/4; % 驅(qū)動輪上的法向反作用