[發明專利]基于熵最小的蔗汁澄清過程的協同優化方法

有效

• 申請號: 201711457315.9
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108107737B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 蒙艷玫;藍啟亮;張金來;余雙雙;葉春博;謝延鵬;李廣全;陸冠成
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南寧市吉昌知識產權代理事務所(普通合伙) 45125
• 代理人: 吳寧芬

本發明涉及一種基于熵最小的蔗汁澄清過程的協同優化方法，作用在蔗汁澄清過程的自動控制系統上，所述協同優化方法包括：根據澄清系統中物質的基本特性、所涉及的因素以及流動變化的關系，對所述澄清系統進行劃分，將所述澄清系統分為物質子系統、能量子系統以及信息子系統；根據所述物質子系統、所述能量子系統以及所述信息子系統與澄清系統之間的相對熵最小化，構建目標函數；對所述目標函數進行求解，輸出優化結果。本發明提供的基于熵最小的蔗汁澄清過程的協同優化方法，實現了在保證算法的局部搜索能力的基礎上，兼顧算法的全局搜索能力，從而使澄清系統達到最優，提升澄清純度、效果和效率，進而提高蔗糖的提取和最終產品質量。

技術領域

本發明涉及甘蔗澄清工藝過程自動化控制與設備設計優化領域，特別涉及一種基于熵最小的蔗汁澄清過程的協同優化方法。

背景技術

廣西是蔗糖的主產區，蔗糖產量占全國產糖量的一半以上，制糖業是廣西的支柱產業。加入WTO后，國內食糖市場逐步放開，受機械化和自動化生產水平不高以及國外進口食糖沖擊等因素影響，我國甘蔗糖業市場競爭力下降，有重蹈大豆和玉米行業覆轍，被進口食糖沖垮的危險。面臨國外市場競爭壓力與高額的國外先進自動化制糖設備引進費用，中國糖業發展的唯一的出路還是需要依靠自主研發和創新改進制糖生產的自動化生產水平。

蔗糖澄清是一個多工序的復雜過程，從制糖原料中提取的糖汁除了含有較多的蔗糖分之外，還含有諸如還原糖、多糖、蛋白質、氨基酸、膠體物、植物色素、蔗屑、泥沙等成分復雜的各種有機、無機非蔗糖雜質，這些成分經過加灰、一次加熱、硫熏、二次加熱等澄清手段時會發生蔗糖分的轉化、美拉德反應、鈣化物和硫化物的沉淀等一系列的物理化學變化。

基于此本發明的發明人發現，在蔗糖澄清過程中，對物理化學變化控制不當就容易使得蔗糖分丟失嚴重、色值去除不理想、澄清汁純度不夠以及澄清汁含硫量偏高等一系列不良后果，嚴重影響蔗糖的提取和最終產品質量。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題是，如何提供一種基于熵最小的蔗汁澄清過程的協同優化方法，以解決現有的蔗糖澄清汁純度不夠，嚴重影響蔗糖分的提取和最終產品質量的問題。

為解決以上技術問題，本發明提供一種基于熵最小的蔗汁澄清過程的協同優化方法，作用在蔗汁澄清過程的自動控制系統上，所述協同優化方法包括：根據澄清系統中物質的基本特性、所涉及的因素以及流動變化的關系，對所述澄清系統進行劃分，將所述澄清系統分為物質子系統、能量子系統以及信息子系統，其中，所述物質子系統包括：被加工的物質的狀態數據，所述能量子系統包括當前工藝過程中產生能量的狀態數據，所述信息子系統包括澄清過程中目標控制量的設定值和當前的設備的狀態數據；根據所述物質子系統、所述能量子系統以及所述信息子系統與澄清系統之間的相對熵最小化，構建目標函數；對所述目標函數進行求解，輸出優化結果。

在一種可能的實現方式中，所述對所述目標函數進行求解包括：對所述目標函數中的參數值進行初始化；生成初始群體；對所述初始群體中的個體進行格雷碼編碼；對格雷碼編碼后的個體進行適應度計算，并根據所述適應度進行預設處理；對進化代數進行判斷，當進化代數達到最大進化代數時，當前解為優化結果。

在一種可能的實現方式中，對格雷碼編碼后的個體進行適應度計算，并根據所述適應度進行預設處理包括：對所述格雷碼編碼后的個體進行選擇運算；對選擇運算后的個體進行交叉運算與變異運算；統計上述運算處理后的結果，解碼優良個體；梯度運算替換優良個體并對替換個體進行格雷碼編碼；計算替換個體格雷碼編碼后的海明距離；對海明距離滿足設定的海明距離范圍的個體，按照海明距離進行排序，對海明距離大的預設數量的個體實施懲罰；對海明距離不滿足設定的海明距離范圍的個體實施精英策略。

在一種可能的實現方式中，所述目標函數中的參數值，包括：設置種群進化的代數、約束變量范圍以及交叉與變異參數。