一种基于全局风量残差反馈的自适应松弛因子通风网络解算方法与流程

本发明涉及一种方法，具体涉及一种基于全局风量残差反馈的自适应松弛因子通风网络解算方法，属于矿井通风工程计算。

背景技术：

1、在矿井通风系统设计与分析中，通风网络解算是一个基础而关键的技术环节。目前普遍采用的scott-hinsley迭代算法在实际应用中存在明显的局限性。随着矿山开采规模的扩大和通风系统的复杂化，传统算法在处理包含多级机站、大量风门及复杂闭环的通风网络时，经常出现迭代过程振荡、发散或收敛速度过慢的问题。

2、现有改进方法大多侧重于算法外围的优化，或依赖经验性参数调整，未能从根本上解决算法内核的收敛性问题。这导致工程实践中经常需要多次尝试不同的初始值设置，严重影响了通风设计工作的效率和可靠性。现有技术中，未见采用基于全局风量残差反馈的自适应松弛因子调节机制，来解决通风网络解算收敛性问题，因此，迫切的需要一种新的方案解决该技术问题。

技术实现思路

1、本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于全局风量残差反馈的自适应松弛因子通风网络解算方法，本发明解决传统通风网络解算算法在复杂网络中收敛性差、稳定性不足和对初值敏感的问题。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种基于全局风量残差反馈的自适应松弛因子通风网络解算方法，所述方法包括以下步骤：

3、步骤1：通风网络模型建立与初始化参数

4、输入通风网络拓扑结构、分支风阻、风机特性曲线等参数。设置所有节点初始压力值p0，给定收敛精度ε，并初始化自适应参数（ωmax, ωmin, γ）。其中：ωmax为最大松弛因子，用于加速迭代初期的收敛速度，通常取值1.2-1.8；ωmin为最小松弛因子，用于保证迭代后期的数值稳定性，通常取值0.3-0.7；γ为衰减系数，与网络规模自适应，用于调节松弛因子的变化速率，可根据γ = 0.5 · log(n) + 0.5进行初步估计，n为网络分支数量。

5、步骤2：计算分支风量与节点风量不平衡值

6、根据当前迭代步k下的节点压力值pk，基于通风阻力定律计算所有分支的风量qjk：

7、qjk = sign(δpj) · (|δpj| / rj)0.5

8、式中：δpj为分支j的始末节点压力差，rj为分支j的风阻值。

9、随后，基于风量平衡条件，计算每个节点i的风量不平衡值δqik。

10、步骤3：计算全局风量残差范数

11、求解本次迭代的全局风量残差范数‖δqk‖2，以此表征整个通风网络在当前迭代步的收敛状态：

12、‖δqk‖2 = (σ(δqik)²)0.5

13、步骤4：计算自适应松弛因子

14、根据全局风量残差范数动态计算当前迭代步的松弛因子：

15、ωk= ωmin + (ωmax - ωmin) · exp(-γ · (‖δqk‖2/‖δq0‖2))

16、式中：‖δq0‖2为初始风量残差范数。

17、此指数衰减模型确保算法在迭代初期采用较大步长快速逼近解，而在迭代后期采用较小步长精细收敛。

18、步骤5：修正节点压力

19、构建通风网络的风阻矩阵a，其中：

20、对角元素 amm=∑(1/rj)，j为与节点m相连的所有分支；

21、非对角元素 amn：如果节点m与节点n之间有分支相连，则amn=−1/rmn；如果节点m与节点n之间无直接相连的分支amn=0。

22、求解线性方程组a · δpcorrk = -δqk，得到压力修正量δpcorrk，并利用自适应松弛因子对节点压力进行修正：

23、pk+1= pk + ωk· δpcorrk

24、步骤6：收敛性判断与迭代

25、若当前全局风量残差范数满足‖δqk‖2 < ε，则判定算法收敛，输出解算结果（包括各节点压力、分支风量等）；否则，令迭代步数k = k+1，并返回步骤2继续迭代计算。同时，可设置最大迭代次数防止无限循环。

26、相对于现有技术，本发明具有如下优点，1、收敛性能大幅提升，在复杂通风网络中的收敛成功率从传统方法的58.8%提高至98%以上；2、计算效率明显改善，平均迭代次数减少约45%，计算时间缩短40%以上；3、算法鲁棒性增强，对初始值的敏感性降低60%以上；

27、4、适用范围广，可通过参数自适应机制适应不同规模的通风网络。

1.一种基于全局风量残差反馈的自适应松弛因子通风网络解算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于全局风量残差反馈的自适应松弛因子通风网络解算方法，其特征在于，步骤1：通风网络模型建立与参数初始化，具体如下：

3.根据权利要求2所述的基于全局风量残差反馈的自适应松弛因子通风网络解算方法，步骤2：计算分支风量与节点风量不平衡值，

4.根据权利要求3所述的基于全局风量残差反馈的自适应松弛因子通风网络解算方法，其特征在于，步骤3：计算全局风量残差范数，

5.根据权利要求2所述的基于全局风量残差反馈的自适应松弛因子通风网络解算方法，其特征在于，步骤4：计算自适应松弛因子，根据全局风量残差范数动态计算当前迭代步的松弛因子：

6.根据权利要求2所述的基于全局风量残差反馈的自适应松弛因子通风网络解算方法，其特征在于，步骤5：修正节点压力，构建通风网络的风阻矩阵a，其中：

7.根据权利要求2所述的基于全局风量残差反馈的自适应松弛因子通风网络解算方法，其特征在于，步骤6：收敛性判断与迭代，

8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上述权利要求1至7中的任意一项所述的基于全局风量残差反馈的自适应松弛因子通风网络解算方法。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的基于全局风量残差反馈的自适应松弛因子通风网络解算方法。