[发明专利]一种引力搜索算法及基于该算法的污水处理控制方法

权利要求书

1.一种差分自适应万有引力搜索算法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、初始化种群；

S2、计算种群适应度值；

S3、计算种群的惯性质量M及加速度a；

S4、更新个体位置；

S5、比对是否达到迭代次数，当达到迭代次数时，输出最优值；当未达到迭代次数时，重复所述步骤S2、S3和S4；

利用所述差分自适应万有引力搜索算法的污水处理控制方法，包括如下步骤:

S100、设定所述差分自适应万有引力搜索算法的搜索空间维度为2，设置如下的空间上下限范围：

其中，是氨氮含量；COD是化学需氧量；ρ_DO溶氧量；Q_w是污泥排放量；

S200、种群初始化；

S300、初始化全局最优值gbest；

S400、计算适应值和加速度；

S500、更新速度与位置；

S600、更新全局最优粒子与个体最优粒子，得到全局最优解pbest_i和gbest；

S700、比对是否达到迭代次数，当达到迭代次数时，输出最优解，当未达到迭代次数时，重复所述步骤S300、S400、S500和S600；

S800、通过输出的最优值，找到函数值最小时方程所对应的解，即溶解氧浓度ρ_DO优化设定值和污泥排放量Q_w的优化设定值。

2.根据权利要求1所述一种差分自适应万有引力搜索算法，其特征在于，所述步骤S4包括将万有引力搜索算法的公式带入更新公式中；

所述万有引力搜索算法的公式包括：

粒子间的引力为：

式中，G表示引力常量，M₁、M₂分别表示两种粒子的惯性质量，R表示两种粒子中间的欧式距离，F表示引力；

依据牛顿第二定律，当某个粒子受到其他粒子作用力时，随即会产生F大小的合力，同时会产生向这个方向运动的加速度a，即

引力常数G跟随着宇宙实际年龄变化的趋势为

式中，G(t)表示在t时间时的引力常数G的数值，G(t₀)表示在第一宇宙子间隔时刻t₀的数值；

所述更新公式包括：

有吸引力就会产生相应的加速度，则物质i在第k维上的加速度为

每次迭代更新的公式为

3.根据权利要求1所述差分自适应万有引力搜索算法，其特征在于，所述步骤S200包括：设置万有引力场的粒子数目100，最大迭代步数M＝200；根据电脑随机初始化种群中各个粒子的位置X、速度Y以及速度的上下限固定范围[Vmin,Vmax]，每个粒子个体历史最优位置pbest_i赋值：对于每个粒子，初始时都有相应的赋值pbest_i。

4.根据权利要求1所述一种差分自适应万有引力搜索算法，其特征在于，所述步骤S300包括：在规定的目标要求下，依次算出各个初始粒子X的目标函数值f₁,f₂，电脑随机取其中某个粒子做为初始的gbest。

5.根据权利要求1所述一种差分自适应万有引力搜索算法，其特征在于，所述步骤S400包括：

S401、计算其目标函数值，而后根据线性权重的方法，把原先设定好的目标适应度值统一成一个适应度值：

式中的t是当前的迭代次数；

S402、通过下式计算加速度：