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嵌入Hammerstein Wiener模型的全局动态优化。 (英文) Zbl 1501.90105号

总结:Hammerstein-Wiener模型是一类重要的块结构动态模型,因为它们基于输入-输出数据近似处理非线性,而不需要识别完整的非线性过程模型。嵌入Hammerstein-Wiener模型的优化问题是非凸的,因此局部优化方法可能会获得次优解。在这项工作中,我们开发了一种确定性全局优化策略,该策略利用Hammerstein-Wiener模型的特定结构来扩展现有的线性动力学系统全局优化理论。首先,我们讨论了嵌入Hammerstein-Wiener模型的动态优化问题的备选公式,证明了仔细选择问题的优化变量可以为求解方法提供显著的数值优势。然后,我们为所提出的优化问题开发了凸松弛,并讨论了实现方面,以获得全局解,重点是控制参数化技术。最后,我们将优化策略应用于包括离线和在线动态优化问题的案例研究。结果证实,相对于未利用线性动力学的备选方案,所提求解方法的计算性能得到了改进。它们还强调了在非线性模型预测控制等在线应用中使用较少控制间隔时确定性全局动态优化的可处理性。

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参考文献:

[1] 阿奇曼,CS;Dallwig,S。;加利福尼亚州佛罗伦萨;Neumaier,A.,一种用于一般二阶可微约束NLPs-I的全局优化方法,(alpha)BB。理论进展,计算。化学。工程,22,9,1137-1158(1998)·doi:10.1016/S0098-1354(98)00027-1
[2] Bai,EW,Hammerstein-Wiener非线性系统的最优两阶段辨识算法,Automatica,34,3,333-338(1998)·兹伯利0915.93018 ·doi:10.1016/S0005-1098(97)00198-2
[3] Biegler,LT,《非线性规划:概念、算法和化学过程应用》(2010),费城:SIAM,费城·Zbl 1207.90004号 ·数字对象标识代码:10.1137/1.9780898719383
[4] Bompadre,A。;Mitsos,A.,McCormick松弛的收敛速度,J.Glob。优化。,52,1,1-28(2012年)·Zbl 1257.90077号 ·doi:10.1007/s10898-011-9685-2
[5] Bongartz,D。;Mitsos,A.,《使用McCormick松弛法在简化空间中对工艺流程进行确定性全局优化》,J.Glob。优化。,69, 4, 761-796 (2017) ·Zbl 1386.90112号 ·doi:10.1007/s10898-017-0547-4
[6] Bongartz,D.、Najman,J.、Sass,S.、Mitsos,A.:MAiNGO:基于McCormick的混合整数非线性全局优化算法。工艺系统工程(AVT.SVT)技术报告(2018)。http://permalink.avt.rwth-aachen.de/?id=729717。访问日期:2020年4月
[7] Chachuat,B.:非线性和动态优化:从理论到实践。技术报告,洛桑埃科尔理工学院自动化实验室(2007年)
[8] Chachuat,B.、Houska,B.、Paulen,R.、Peri’c,N.、Rajyaguru,J.、Villanueva,M.E.:非线性系统分析、估计和控制中的集合理论方法。IFAC-PapersOnLine 48(8),981-995(2015)。doi:10.1016/j.ifacol.2015年9月9日
[9] Chachuat,B。;辛格,AB;Barton,PI,《动态优化和混合整数动态优化的全局方法》,工业工程化学。研究,45,25,8373-8392(2006)·doi:10.1021/ie0601605
[10] 乔日尼尔,M。;波德马杰尔斯克,M。;Hirmajer,T。;菲卡尔,M。;Latifi,AM,微分代数系统参数估计的全局优化,化学。爸爸。,63, 3, 274-283 (2009) ·doi:10.2478/s11696-009-0017-7
[11] 埃斯波西托,WR;弗洛达斯,CA,非线性最优控制问题中的确定性全局优化,J.Glob。优化。,17,1-4,97-126(2000)·Zbl 0980.49027号 ·doi:10.1023/A:1026578104213
[12] 加利福尼亚州佛罗伦萨;Gounaris,CE,全球优化最新进展综述,J.Glob。优化。,45, 1, 3 (2009) ·Zbl 1180.90245号 ·doi:10.1007/s10898-008-9332-8
[13] Houska,B。;Chachuat,B.,非线性最优控制中确定性全局优化的Branch-and-lift算法,J.Optim。理论应用。,162, 1, 208-248 (2014) ·Zbl 1307.49034号 ·doi:10.1007/s10957-013-0426-1
[14] Johnson,S.G.:NLopt非线性优化包(2014)。http://ab-initio.mit.edu/nlopt。2016年10月访问
[15] Kappatou,C.D.,Mhamdi,A.,Campano,A.Q.,Mantalaris,A.,Mitsos,A.:半批操作中单克隆抗体生产的动态优化。输入:计算。辅助化学。《工程》,第40卷,第2161-2166页。Elsevier(2017)
[16] 卡帕图,CD;Mhamdi,A。;阿肯色州坎帕诺;Mantalaris,A。;Mitsos,A.,《半批操作中单克隆抗体生产的基于模型的动态优化——重新配方技术的使用》,《工业工程化学》。研究,57,30,9915-9924(2018)·doi:10.1021/acs.iecr.7b05357
[17] 卡夫,D。;Schittkowski,K.,《关于将最优控制问题转化为非线性规划问题》,计算数学规划,261-280(1985),柏林,海德堡:施普林格,柏林·Zbl 0572.49015号 ·doi:10.1007/978-3-642-82450-09
[18] 卡夫:序列二次规划的软件包。《技术报告DFVLR-FB 88-28》,法国弗鲁格系统动力研究所,Oberpfafenhofen(1988)·Zbl 0646.90065号
[19] Ławryñczuk,M.,Hammerstein-Wiener系统的非线性预测控制,ISA Trans。,55, 49-62 (2015) ·doi:10.1016/j.isatra.2014.09.018
[20] Lin,Y。;Stadtherr,MA,用于动态系统参数估计的确定性全局优化,工业工程化学。研究,45,25,8438-8448(2006)·doi:10.1021/ie0513907
[21] Lin,Y。;Stadtherr,MA,非线性动力系统的确定性全局优化,AIChE J.,53,4,866-875(2007)·doi:10.1002/aic.11101
[22] MATLAB:9.6.0.1072779(R2019a)。马萨诸塞州纳蒂克市MathWorks公司(2019年)
[23] McCormick,GP,可分解非凸程序全局解的可计算性:第一部分——凸低估问题,数学。程序。,10, 1, 147-175 (1976) ·Zbl 0349.90100号 ·doi:10.1007/BF01580665
[24] 米塞纳,R。;Floudas,CA,ANTIGONE:非线性方程的连续/整数全局优化算法,J.Glob。优化。,59, 2-3, 503-526 (2014) ·Zbl 1301.90063号 ·文件编号:10.1007/s10898-014-0166-2
[25] 米索斯,A。;Chachuat,B。;Barton,PI,基于McCormick的算法松弛,SIAM J.Optim。,20573-601(2009年)·Zbl 1192.65083号 ·doi:10.1137/080717341
[26] Najman,J。;Mitsos,A.,多元McCormick松弛的收敛分析,J.Glob。优化。,66, 4, 597-628 (2016) ·Zbl 1394.90471号 ·doi:10.1007/s10898-016-0408-6
[27] Najman,J。;Mitsos,A.,《通过次梯度传播实现更紧密的McCormick松弛》,J.Glob。优化。,75, 3, 565-593 (2019) ·Zbl 1429.49033号 ·doi:10.1007/s10898-019-00791-0
[28] Papamichail,I。;Adjiman,CS,常微分方程问题的严格全局优化算法,J.Glob。优化。,24, 1, 1-33 (2002) ·Zbl 1026.90071号 ·doi:10.1023/A:1016259507911
[29] Papamichail,I。;Adjiman,CS,动态系统的全局优化,计算。化学。工程师,28,3403-415(2004)·doi:10.1016/S0098-1354(03)00195-9
[30] 萨赫洛丁,AM;Chachuat,B.,使用泰勒模型的参数ODE的凸凹松弛,计算。化学。工程,35,5,844-857(2011)·doi:10.1016/j.compchemeng.2011.01.031
[31] 萨赫洛丁,AM;Chachuat,B.,参数ode解的凸/凹松弛的离散化然后松弛方法,Appl。数字。数学。,61, 7, 803-820 (2011) ·Zbl 1214.65041号 ·doi:10.1016/j.apnum.2011.01.009
[32] SD Schaber;斯科特,JK;Barton,PI,基于微分不等式的边界收敛阶分析和常微分方程解的松弛,J.Glob。优化。,73, 1, 113-151 (2019) ·Zbl 1409.65043号 ·doi:10.1007/s10898-018-0691-5
[33] Scott,J.K.:微分代数系统的可达性分析和确定性全局优化。麻省理工学院博士论文(2012年)
[34] 斯科特,JK;Barton,PI,半显式指数微分代数方程参数解的凸凹松弛,J.Optim。理论应用。,156, 3, 617-649 (2013) ·Zbl 1284.65095号 ·doi:10.1007/s10957-012-0149-8
[35] 斯科特,JK;Barton,PI,使用微分不等式改进常微分方程参数解的松弛,J.Glob。优化。,57, 1, 143-176 (2013) ·Zbl 1273.49034号 ·doi:10.1007/s10898-012-9909-0
[36] 斯科特,JK;Barton,PI,半显式指数DAE解的区间界。第1部分:分析,数值。数学。,125, 1, 1-25 (2013) ·Zbl 1282.65095号 ·doi:10.1007/s00211-013-0531-y
[37] Scott,J.K.,Barton,P.I.:DAE模型的可达性分析和确定性全局优化。参见:《微分代数方程III的调查》,第61-116页。斯普林格(2015)·兹比尔1343.65104
[38] 斯科特,JK;Chachuat,B。;Barton,PI,参数常微分方程解的非线性凸凹松弛,Optim。控制应用程序。方法,34,2,145-163(2013)·Zbl 1273.93089号 ·doi:10.1002/oca.2014年
[39] Singer,A.B.:全局动态优化。麻省理工学院博士论文(2004年)
[40] 辛格,AB;Barton,PI,参数嵌入线性动态系统优化问题的全局解,J.Optim。理论应用。,121, 3, 613-646 (2004) ·Zbl 1107.90035号 ·doi:10.1023/B:JOTA.000037606.79050.a7
[41] 辛格,AB;Barton,PI,非线性常微分方程全局优化,J.Glob。优化。,34, 2, 159-190 (2006) ·Zbl 1091.49028号 ·doi:10.1007/s10898-005-7074-4
[42] 辛格,AB;JW泰勒;巴顿,PI;Green,WH,化学动力学参数估计的全局动态优化,J.Phys。化学。A、 110、3、971-976(2006)·doi:10.1021/jp0548873
[43] Tawarmalani,M。;内华达州萨希尼迪斯,《全局优化的多面体分枝切割方法》,数学。程序。,103, 2, 225-249 (2005) ·Zbl 1099.90047号 ·doi:10.1007/s10107-005-0581-8
[44] Tsoukalas,A.,Mitsos,A.:多元复合函数的凸松弛。收录于:《计算机辅助化学工程》,第32卷,第385-390页。爱思唯尔(2013)
[45] 瓦希特,A。;Biegler,LT,《关于大规模非线性规划中点内滤波器线性搜索算法的实现》,数学。程序。,106, 1, 25-57 (2006) ·Zbl 1134.90542号 ·doi:10.1007/s10107-004-0559-y
[46] 王,D。;Ding,F.,Hammerstein-Wiener ARMAX系统的扩展随机梯度识别算法,计算。数学。申请。,563157-3164(2008年)·Zbl 1165.65308号 ·doi:10.1016/j.camwa.2008.07.015
[47] 王,Z。;Georgakis,C.,从间歇过程中的罕见测量中识别非线性MPC的Hammerstein-Weiner模型,《过程控制杂志》,82,58-69(2019)·doi:10.1016/j.jprocont.2019.08.004
[48] 威廉,ME;乐,AV;Stuber,医学博士,刚性动力系统的全局优化,AIChE J.,65,12,e16836(2019)·数字对象标识代码:10.1002/aic.16836
[49] Wills,A。;Schön,结核病;Ljung,L。;Ninness,B.,Hammerstein-Wiener模型的识别,Automatica,49,1,70-81(2013)·Zbl 1257.93109号 ·doi:10.1016/j.automatica.2012.09.018
[50] Zhao,Y。;Stadtherr,MA,《受不等式路径约束的动态系统的严格全局优化》,工业工程化学。决议,50,22,12678-12693(2011)·doi:10.1021/ie200996f
[51] Zhu,Y.,N-L-N-Hammerstein-Wiener模型的估计,Automatica,38,9,1607-1614(2002)·Zbl 1012.93019号 ·doi:10.1016/S0005-1098(02)00062-6
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