基于改进NSGA-II算法二回路系统传感器布置方法

技术特征：
1.一种基于改进nsga-ii算法二回路系统传感器布置方法，其特征在于，包括：s1、获得不同故障类型对各测点对应的测点变量的影响关系；s2、建立二回路系统的符号有向图模型，根据所述影响关系，获得所述符号有向图模型的故障-测点相关性矩阵d＝(d
ij
)
m
×
n
，n为测点变量个数，m为故障个数，d
ij
为矩阵中的元素，表示为：考虑传感器对故障的实际检测能力，获得改进的故障-测点相关性矩阵：d
*
＝{d
ij*
}＝{d
ij
·
i
ij
}i
ij
为测点s
j
处布置的传感器对故障f
i
的检测能力系数，表达式为：上式中，snr
j
表示测点s
j
处布置的传感器的信噪比；v
ij
、ttd
ij
、ttf
ij
、syd
ij
分别表示测点s
j
处布置的传感器对故障f
i
的检测灵敏度、对故障f
i
的检测时间、对于故障f
i
的失效时间、能检测到故障f
i
的征兆的持续时间；s3、基于所述改进的故障-测点相关性矩阵，建立以传感器总布置成本最小、漏检造成的危害程度总和最小、故障检测不可靠性最小为目标，以被检测系统的故障检测率及故障隔离率达标、每个测点上能够布置的传感器数量存在上限为约束条件的传感器优化布置问题的多目标优化模型；s4、采用改进nsga-ii算法对所述多目标优化模型求解，得到pareto解集，即获得若干待决策的传感器布置方案；s5、采用多目标决策分析方法对所述pareto解集进行评价决策，获得综合最优解，即为最优传感器布置方案。2.根据权利要求1所述的基于改进nsga-ii算法二回路系统传感器布置方法，其特征在于，所述多目标优化模型的目标函数：m＝{m1,m2,m3}＝min{c
s
,s
s
,r
s
}目标一c
s
为系统总成本，x
j
为测点s
j
处布置的传感器的数量，c
j
为在测点s
j
处布置x
j
个传感器所需的成本，n为测点总数；目标二s
s
为漏检造成的危害程度总和，λ
j
为测点s
j
处传感器的失效概率，d
ij*
是改进的故障—测点相关性矩阵中的元素，p_fd
i
为故障f
i
未被传感器检测到的概率，h
i
为故障f
i
造成的危害程度，p
i
为故障发生的概率；m为故障总数；
目标三其中，r
s
表征系统的故障检测不可靠性，值越小，代表系统可靠性越高。3.根据权利要求2所述的基于改进nsga-ii算法二回路系统传感器布置方法，其特征在于，所述多目标优化模型的目标函数的约束条件：约束条件一：系统的故障检测率不小于规定的故障检测率p
fd
：约束条件二：系统的故障隔离率不小于规定的故障隔离率p
fi
：约束条件三：x＝[x1,x2,
…
,x
n
]为系统中布置的传感器数量向量，x
j
为测点s
j
处布置的传感器的数量，向量q＝[q1,q2,
…
,q
n
]表示x的上限向量，q
j
为x
j
的上限值，n为非负整数集合。4.根据权利要求1所述的基于改进nsga-ii算法二回路系统传感器布置方法，其特征在于，步骤s4，采用改进nsga-ii算法对所述多目标优化模型求解，包括：s41、对测点变量进行编码；s42、初始化选择由n个个体构成的初始种群p0，分析全部染色体具有的适应度，挑出n个适应度更优的染色体作为父代种群p
g
，判断是否符合所述约束条件，不符合则重新初始化；s43、对父代种群p
g
中全部染色体代表的目标函数值进行非支配排序，依据锦标赛选择法，优先选择层级数小的个体，层级一样时挑取拥挤度更大的个体；s44、将得到的个体通过正态分布交叉算子完成交叉过程，通过自适应变异算子完成变异过程，得到子种群q
g
；s45、合并父代种群p
g
和子种群q
g
，获得数量为2n的新种群m
g
；s46、对新种群m
g
中的个体完成快速非支配层级排序，按照拥挤度排序的方式挑选出前n个最优个体组成p
g 1
；s47、判断p
g 1
是否符合收敛条件，符合即跳出循环并输出pareto最优解集，不符合则重复s43～s46直至满足迭代终止条件。5.根据权利要求1所述的基于改进nsga-ii算法二回路系统传感器布置方法，其特征在于，步骤s5，采用topsis法对所述pareto解集进行评价决策，包括：s51、基于pareto最优解集、结合评价指标构建原始评价矩阵x＝(x
ij
)
m
×
n
，m为pareto最优解集中解的数量即决策方案的数量，n为评价指标的数量，x
ij
为第i个决策方案的第j个评
价指标，i＝1,2,
…
,m；j＝1,2,
…
,n，将原始评价矩阵归一化、标准化处理得标准化矩阵y
*
＝(y
ij*
)
m
×
n
，y
ij*
为x
ij
归一化、标准化后的值；s52、使用每个评价指标的权重w＝(w1,w2,
…
,w
n
)对所述标准化矩阵加权，形成加权标准化矩阵：w
j
为第j个权重，z
ij
为加权标准化矩阵中第i个决策方案的第j个评价指标；s53、确定各个评价指标的正理想解z

＝(z
1
,z
2
,
…
,z
n
)和负理想解z-＝(z
1-,z
2-,
…
,z
n-)，z
j
表示第j个评价指标的最大值，z
j-表示第j个评价指标的最小值，s54、计算第i个决策方案到正理想解的欧式距离：计算第i个决策方案到负理想解的欧式距离：s55、根据欧式距离计算第i个决策方案与理想解的相对贴近度c
i
：选择相对贴近度最高的决策方案作为最优传感器布置方案。6.根据权利要求5所述的基于改进nsga-ii算法二回路系统传感器布置方法，其特征在于，所述评价指标包括故障检测不可靠性、检测率、隔离率、成本、漏检危害。

技术总结
本发明涉及一种基于改进NSGA-II算法二回路系统传感器布置方法，包括：获得故障对测点变量的影响关系；基于影响关系、系统符号有向图模型并考虑传感器对故障的实际检测能力，获得改进的故障-测点相关性矩阵；建立以传感器系统总成本最小、漏检造成的危害程度总和最小、故障检测不可靠性最小为目标，以被检测系统的故障检测率、故障隔离率达标、每个测点上能够布置的传感器数量存在上限为约束条件的传感器优化布置问题的多目标优化模型；采用改进NSGA-II算法求解多目标优化模型得Pareto解集；采用多目标决策分析方法对Pareto解集进行评价决策，获得综合最优解。本发明保证了故障可诊断性和可靠性，同时降低布置成本。同时降低布置成本。同时降低布置成本。


技术研发人员：曾春阳 朱小良 邢天阳 姜牧笛
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2022.05.05
技术公布日：2022/8/30