[發明專利]基于智能群島并行粒子群方法

有效

• 申請號: 202110506886.7
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113238484B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 郭俊鑫;周宇陽;方云飛;李鎮;盧喬;劉佳;葉澤民;葉凌
• 申請（專利權）人: 國家能源集團新疆吉林臺水電開發有限公司;上海樸宜實業有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G06N3/00
• 代理公司: 上海云滬專利代理事務所(普通合伙) 31418
• 代理人: 肖慧

本發明公開了基于智能群島并行粒子群方法，包括S1、建立基于并行處理單元軟件的雙重群島架構；S2、引入飛行地圖、離線手段、導航粒子、約束前置和衍生內容，實現智能的飛行方向調整；S3、通過島間競爭帶來的各個種群自然生長，從而創立了自動控制環境下并行粒子群的硬件與軟件整體環境；S4、通過虛擬分散處理單元的并行化改造，進而搭建虛擬并行處理單元，形成雙重粗粒度并行結構，即所謂雙重群島并行計算架構；本發明的有益效果是：通過添加部分滿足算力要求的多個控制器形成的計算集群或者運用現有閑置計算資源形成的計算集合實行并行化處理。

技術領域

本發明涉及自動控制技術領域，具體為基于智能群島并行粒子群方法。

背景技術

隨著流域集控在水電領域的推廣與實踐，流域內水電機組實現了控制意義上的數據共享，這使得各種基于智慧能源技術的新算法、新應用得以逐次展開，例如流域內電站與站內的有功優化分配，從而提出了更為廣泛的、深入的、快速的計算需求，這使得當前在自動控制領域承擔計算任務的控制器設備不能完全勝任。對這些設備進行垂直方向的升級，即提高中央處理單元的計算速度和內存的容量，仍然不能滿足大負載運算的需要并且造價昂貴，因此利用并行計算集群在水平方向實現計算能力的拓展是公認的解決計算能力瓶頸的理想方法，粒子群算法具有天然的并行計算特征，因此稱作并行粒子群。在并行粒子群的三種典型方法中，粗粒度并行粒子群模擬了群島中各個島嶼上粒子群的獨立進化以及島嶼之間的有效關聯，在并行粒子群算法中有比較突出的應用，但是每個島嶼只有一個粒子群，種群的豐富性不足，而且傳統粒子群的飛行公式中所考慮的方向調整辦法使得飛行過程比較容易陷入局地最小值而不能自拔，在線應用時又不能充分利用歷史信息，拉長了整個進化進程，在自動控制環境內搭建并行計算集群，是指利用具有滿足算力要求的多個控制器形成集群或者現有閑置計算資源的集群，無論新增的具有并行計算能力的控制器還是并行化處理的現有閑置計算資源，均具有控制級計算設備的安全等級，因此具有現實的可行性；

從已經公開的發明及其相關文獻來看，目前在基于智能化群島的并行粒子群算法設計方面沒有相關專利，大多數發明集中在并行粒子群的實現手段上，例如專利《分布式內存并行計算優化深度信息網絡的短期負荷預測方法》(公開號CN109816144A)提出一種利用RDD集合在分布式內存上建立Spark平臺的并行方法；例如專利《一種基于自適應線程束的GPU并行粒子群優化方法》(公開號CN106502632A，授權號CN106502632B)利用GPU加速執行的改進CUDA并行架構方式，使得粒子群算法在單個主機的并行度進一步提高。這些專利均需要借助國外的知識產權或者商業軟件，缺少完全獨立自主的科研基因，因而受到的限制較多。此外從自動控制領域來看，業內現有的分散式控制架構本身所具備的并行特性沒有被充分地挖掘利用，在現有分散控制系統架構上實現并行計算仍是空白；針對滿足算力要求的多個控制器形成的計算集群或者現有閑置計算資源形成的計算集群實行并行化處理，通過智能群島的多種新方法實現改進的并行粒子群算法，使得控制領域中的一些智能應用可以從并行計算的高效性中獲益，獲得強大的算力，從而具備實時在線的能力。本發明是針對基于智能群島的并行粒子群算法而展開的，事實上本發明提供的以并行處理單元為基礎的并行計算架構適用于大部分適用并行計算的在線優化問題。

發明內容

本發明的目的在于提供基于智能群島并行粒子群方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：基于智能群島并行粒子群方法，包括以下步驟：

S1、建立基于并行處理單元軟件的雙重群島架構；

S2、引入飛行地圖、離線手段、導航粒子、約束前置和衍生內容，實現智能的飛行方向調整；

S3、通過島間競爭帶來的各個種群自然生長，從而創立了自動控制環境下并行粒子群的硬件與軟件整體環境；

S4、通過虛擬分散處理單元的并行化改造，進而搭建虛擬并行處理單元，形成雙重粗粒度并行結構，即所謂雙重群島并行計算架構；