DNA遗传算法及其在燃料电池中的应用研究
本文选题:DNA遗传算法 切入点:质子交换膜燃料电池 出处:《浙江工业大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:遗传算法具有操作简单,搜索能力强,自适应能力强等优点,是智能优化算法的典型代表,但是遗传算法仍存在着搜索效率低,易早熟收敛等缺点。DNA遗传算法结合了DNA计算和遗传算法发展而来,它采用四进制编码,并在遗传算法的基础上对种群进行遗传操作,从而更好的模拟了生物体遗传和进化的本质,提高了算法的性能。本文结合其他算法的优点,对DNA遗传算法进行了改进,并将改进的DNA遗传算法应用到燃料电池的模型优化的问题中。本文主要工作和成果如下:1.在DNA遗传算法的研究基础上研究并比较了不同数目的个体间交叉操作对算法的进化速率和收敛速度的影响。根据DNA的编码方式在多个个体间设计了新型的交叉方式,从而保证了在进化当中种群的多样性。利用几个经典的测试函数验证了所提出的交叉操作的有效性,并比较得出了当交叉个体数目为三时算法得到的结果最优。2.为了简化算法提高算法效率,同时又保持算法的有效性,提出了选择性交叉变异操作的DNA遗传算法。该算法依照一定概率只执行交叉操作和变异操作中的一种操作,而且交叉操作选择在多个不同种类的个体间进行,变异操作中的变异概率随遗传代数的增加而变化。四个测试函数最值的寻优结果验证了所提算法的有效性。3.受DNA遗传算法多个体交叉操作的启发,提出了改进的多种群进化的DNA遗传算法。每个子种群根据自身不同的侧重点进行独立的遗传操作,当种群进化到一定代数时还可进行种群间的信息交换,并采用种群融合策略对种群进行融合再分,从而很好的提高了算法的全局搜索能力和局部搜索能力。测试函数计算的结果表明所提出的多种群DNA遗传算法的优越性。4.准确的燃料电池模型的参数估计受到学者们的广泛关注。将所提出的选择性交叉变异操作的DNA遗传算法及改进的多种群进化的遗传算法应用到质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)模型的参数辨识中,在给定的PEMFC的输出电压与负载电流间的关系式的基础上,分析不同验证策略下本文提出的这两种算法的辨识性能,并分别与已有的四种智能算法进行对比,分析结果验证了所提两种算法在PEMFC模型参数优化上的高效性。将改进的多种群进化的遗传算法应用到高温固体氧化物燃料电池(SOFC)模型的参数辨识中,分析比较不同温度条件下得到的电压-负载电流特性,与已有算法进行对比得出了该算法的有效性。
[Abstract]:Genetic algorithm (GA) has the advantages of simple operation, strong searching ability, strong adaptive ability and so on. It is a typical representative of intelligent optimization algorithm, but it still has low search efficiency. The DNA genetic algorithm is developed by combining DNA computation with genetic algorithm. It uses quaternary coding and carries on the genetic operation to the population on the basis of genetic algorithm. In order to better simulate the nature of biological genetics and evolution, improve the performance of the algorithm. This paper combines the advantages of other algorithms, improve the DNA genetic algorithm, And the improved DNA genetic algorithm is applied to the optimization of fuel cell model. The main work and results of this paper are as follows: 1. Based on the research of DNA genetic algorithm, we study and compare the number of cross-operation pairs between individuals. The influence of the evolutionary rate and convergence rate of the algorithm. According to the coding method of DNA, a new intersecting method is designed among several individuals. Thus ensuring the diversity of the population in evolution. The effectiveness of the proposed crossover operation is verified by several classical test functions. In order to simplify the algorithm and improve the efficiency of the algorithm, it is found that when the number of crossover individuals is three, the algorithm is optimal .2.In order to simplify the algorithm, the efficiency of the algorithm can be maintained at the same time. In this paper, DNA genetic algorithm for selective crossover mutation operation is proposed. The algorithm performs only one of the crossover and mutation operations according to certain probability, and the crossover operation is selected between several different kinds of individuals. The mutation probability in mutation operation varies with the increase of genetic algebra. The optimization results of the four test functions verify the effectiveness of the proposed algorithm. 3. Inspired by the multi-individual crossover operation of DNA genetic algorithm, An improved DNA genetic algorithm for multi-population evolution is proposed. Each sub-population performs independent genetic operations according to its own emphasis. When the population evolves to a certain algebra, it can exchange information between populations. And the population fusion strategy is used to subdivide the population. The result of test function calculation shows the superiority of the proposed multi-population DNA genetic algorithm .4.The accurate parameter estimation of fuel cell model is studied. The proposed DNA genetic algorithm for selective crossover mutation operation and the improved multi-population evolution genetic algorithm are applied to the parameter identification of Proton Exchange Membrane Fuel cell PEMFCmodel for proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). On the basis of the relationship between output voltage and load current of PEMFC, the identification performance of the two algorithms proposed in this paper under different verification strategies is analyzed, and compared with four existing intelligent algorithms. The results show that the proposed two algorithms are efficient in the parameter optimization of PEMFC model. The improved genetic algorithm of multi-population evolution is applied to the parameter identification of high temperature solid oxide fuel cell (SOFC) model. The characteristics of voltage-load current obtained at different temperatures are analyzed and compared with the existing algorithms, and the effectiveness of the algorithm is obtained.
【学位授予单位】:浙江工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM911.4;TP18
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 刘坤,刘伟波,吴忠强;基于模糊遗传算法的电液位置伺服系统控制[J];黑龙江科技学院学报;2005年04期
2 李华昌,谢淑兰,易忠胜;遗传算法的原理与应用[J];矿冶;2005年01期
3 冯锦春;杨林建;;遗传算法在机械工程方面的应用研究[J];煤矿机械;2008年08期
4 李凯;田双亮;耿丽君;张喜;;基于改进遗传算法在分析企业客户群中的应用[J];河南理工大学学报(自然科学版);2009年06期
5 刘铁男,姜建国,陈继刚,张长江,于镝;遗传算法的收敛性分析[J];大庆石油学院学报;2000年03期
6 乐慧丰,林家骏,俞金寿;投影遗传算法[J];华东理工大学学报;2000年05期
7 苑进,孙忠林,刘雪美;改进遗传算法在齿轮减速器优化中的应用[J];山东科技大学学报(自然科学版);2001年04期
8 李春利,郭章红,杨振生;基于遗传算法的分子设计初探[J];化学工业与工程;2002年01期
9 董军芳,曾颖,林金清;应用遗传算法推算多元溶液热力学数据[J];吉首大学学报(自然科学版);2002年01期
10 唐雪萍,何绪全;遗传算法在流体识别中的应用[J];天然气勘探与开发;2002年01期
相关会议论文 前10条
1 陈家照;廖海涛;张中位;罗寅生;;一种改进的遗传算法及其在路径规划中的应用[A];2009系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2009年
2 李国云;刘颖;薛梅;邬志敏;;遗传算法在高温空冷冷凝器优化设计中的应用[A];第五届全国制冷空调新技术研讨会论文集[C];2008年
3 王志军;李守春;张爽;;改进的遗传算法在反演问题中的应用[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
4 任燕翔;姜立;刘连民;从滋庆;;改进遗传算法在三维日照方案优化中的应用[A];工程三维模型与虚拟现实表现——第二届工程建设计算机应用创新论坛论文集[C];2009年
5 韩娟;;遗传算法概述[A];第三届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2006年
6 庞国仲;王元西;;基于遗传算法控制步长的定性仿真方法[A];'2000系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2000年
7 张忠华;杨淑莹;;基于遗传算法的聚类设计[A];全国第二届信号处理与应用学术会议专刊[C];2008年
8 何翠红;区益善;;遗传算法及其在计算机编程中的应用[A];1995年中国智能自动化学术会议暨智能自动化专业委员会成立大会论文集(下册)[C];1995年
9 靳开岩;张乃尧;;几种实用遗传算法及其比较[A];1996年中国智能自动化学术会议论文集(下册)[C];1996年
10 王宏刚;曾建潮;李志宏;;摄动遗传算法[A];1996年中国智能自动化学术会议论文集(下册)[C];1996年
相关重要报纸文章 前1条
1 林京;《神经网络和遗传算法在水科学领域的应用》将面市[N];中国水利报;2002年
相关博士学位论文 前10条
1 周辉仁;递阶遗传算法理论及其应用研究[D];天津大学;2008年
2 郝国生;交互式遗传算法中用户的认知规律及其应用[D];中国矿业大学;2009年
3 侯格贤;遗传算法及其在跟踪系统中的应用研究[D];西安电子科技大学;1998年
4 马国田;遗传算法及其在电磁工程中的应用[D];西安电子科技大学;1998年
5 唐文艳;结构优化中的遗传算法研究和应用[D];大连理工大学;2002年
6 周激流;遗传算法理论及其在水问题中应用的研究[D];四川大学;2000年
7 刘冀成;基于改进遗传算法的生物电磁成像与磁场聚焦应用研究[D];四川大学;2005年
8 袁丽华;基于物种进化的遗传算法研究[D];南京航空航天大学;2009年
9 李航;遗传算法求解多模态优化问题的研究[D];天津大学;2007年
10 石玉;提高实数遗传算法数值优化效率的研究[D];南京航空航天大学;2002年
相关硕士学位论文 前10条
1 张英俐;基于遗传算法的作曲系统研究[D];山东师范大学;2006年
2 钟海萍;原对偶遗传算法与蚁群算法的一种融合算法[D];暨南大学;2013年
3 李志添;模糊遗传算法与资源优化配置的预测控制[D];华南理工大学;2015年
4 王琳琳;新型双层液压轿运车车厢的设计研究[D];上海工程技术大学;2015年
5 李海全;基于遗传算法的建筑体形系数及迎风面积比优化方法研究[D];华南理工大学;2015年
6 彭骞;基于遗传算法的山区高等级公路纵断面智能优化方法研究[D];昆明理工大学;2015年
7 周玉林;基于小波分析和遗传算法的配电网故障检测[D];昆明理工大学;2015年
8 郭颂;基于粗糙集和遗传算法的数字管道生产管理系统研究[D];昆明理工大学;2015年
9 吴南;数值逼近遗传算法的研究应用[D];华南理工大学;2015年
10 于光帅;一类优化算法的改进研究与应用[D];渤海大学;2015年
,本文编号:1589111
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/1589111.html