[發(fā)明專利]一種基于遺傳算法的矩形渠道斷面參數(shù)優(yōu)化計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110999496.8
• 申請(qǐng)日: 2021-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113673170A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮志淵;胡宇祥;王文豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06F30/23;G06N3/12
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供一種基于遺傳算法的矩形渠道斷面參數(shù)優(yōu)化計(jì)算方法，該計(jì)算方法包括以下步驟：步驟一：MATLAB遺傳算法工具箱中設(shè)定遺傳算法主要參數(shù)；步驟二：MATLAB遺傳算法生成設(shè)計(jì)變量，渠道底寬、混凝土襯砌厚度，傳遞數(shù)據(jù)給COMSOL；步驟三：COMSOL軟件建立參數(shù)化灌溉渠道斷面模型，進(jìn)行仿真計(jì)算，將混凝土襯砌穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果傳回MATLAB；步驟四：MATLAB中分析混凝土襯砌穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果是否滿足要求；步驟五：MATLAB中計(jì)算目標(biāo)函數(shù)；步驟六：MATLAB中進(jìn)行選擇、交叉、變異操作，生成下一代種群，通過(guò)MATLAB與COMSOL聯(lián)合仿真進(jìn)行灌溉渠道斷面參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，即可充分利用MATLAB強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化設(shè)計(jì)能力，又可充分利用COMSOL計(jì)算能力強(qiáng)和計(jì)算結(jié)果精準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種基于遺傳算法的矩形渠道斷面參數(shù)優(yōu)化計(jì)算方法，屬于農(nóng)業(yè)水利工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

灌溉渠道是高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田采用的主要輸水方式，在高寒地區(qū)，混凝土襯砌渠道極易發(fā)生凍脹破壞，造成渠道輸水的過(guò)程中大部分水都發(fā)生了滲漏，導(dǎo)致灌溉水利用系數(shù)低下。所以，尋求合理的渠道斷面參數(shù)設(shè)計(jì)方法，將直接影響到灌溉渠道是否可以安全可靠運(yùn)行。

傳統(tǒng)的混凝土襯砌渠道斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)僅以優(yōu)化水力斷面為目標(biāo)，使用MATLAB運(yùn)行優(yōu)化算法，求解渠道斷面幾何參數(shù)。但是灌溉渠道凍脹安全涉及到溫度、固體、流體等多物理場(chǎng)，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型難以準(zhǔn)確計(jì)算渠道斷面參數(shù)。灌溉渠道斷面設(shè)計(jì)過(guò)程中還存在諸多問(wèn)題亟待解決，如數(shù)學(xué)模型精度低、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)等。因此，提出一種改進(jìn)的技術(shù)方案以解決上述問(wèn)題就顯得迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種基于遺傳算法的矩形渠道斷面參數(shù)優(yōu)化計(jì)算方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題，本發(fā)明利用MATLAB與COMSOL進(jìn)行聯(lián)合仿真，快速、準(zhǔn)確的求解灌溉渠道斷面最優(yōu)參數(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種基于遺傳算法的矩形渠道斷面參數(shù)優(yōu)化計(jì)算方法，該計(jì)算方法包括以下步驟：

步驟一：MATLAB遺傳算法工具箱中設(shè)定遺傳算法主要參數(shù)；

步驟二：MATLAB遺傳算法生成設(shè)計(jì)變量，渠道底寬、混凝土襯砌厚度，傳遞數(shù)據(jù)給COMSOL；

步驟三：COMSOL軟件建立參數(shù)化灌溉渠道斷面模型，進(jìn)行仿真計(jì)算，將混凝土襯砌穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果傳回MATLAB；

步驟四：MATLAB中分析混凝土襯砌穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果是否滿足要求；

步驟五：MATLAB中計(jì)算目標(biāo)函數(shù)；

步驟六：MATLAB中進(jìn)行選擇、交叉、變異操作，生成下一代種群。

進(jìn)一步地，所述步驟一的具體方法為：調(diào)用MATLAB軟件遺傳算法工具箱，設(shè)定遺傳算法主要參數(shù)：初始種群規(guī)模為100，遺傳終止代數(shù)MAXGEN=100；選擇算子采用錦標(biāo)賽方式，選擇概率為4；交叉算子采用中間交叉算子，交叉概率為1，變異算子采用均一變異，變異概率為1。

進(jìn)一步地，所述步驟二的具體方法為：在MATLAB中運(yùn)行遺傳算法，初始化種群，將渠道底寬、設(shè)計(jì)水深、混凝土襯砌厚度作為設(shè)計(jì)變量，MATLAB利用COMSOL Multiphysicswith MATLAB數(shù)據(jù)接口，傳遞初始條件、設(shè)計(jì)變量給COMSOL進(jìn)行建模。

進(jìn)一步地，所述步驟三的具體方法為：在COMSOL軟件中，建立矩形灌溉渠道矩形斷面參數(shù)化模型，根據(jù)MATLAB傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，生成幾何圖形，建立網(wǎng)格，設(shè)置邊界條件，完成仿真計(jì)算后，再通過(guò)COMSOL Multiphysics with MATLAB數(shù)據(jù)接口將混凝土襯砌穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果傳回MATLAB。

進(jìn)一步地，所述步驟四的具體方法為：在MATLAB中分析混凝土襯砌穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，不滿足要求進(jìn)入步驟六，滿足要求則進(jìn)入步驟五計(jì)算目標(biāo)函數(shù)f，目標(biāo)函數(shù)如式（1）所示，

（1）