[发明专利]一种一体化通风网络优化模型解算方法

权利要求书

1.一种一体化通风网络优化模型解算方法，其特征在于，为了解决通风系统非凸规划模型，研究用非线性规划的方法来解决矿井通风网络优化调节分问题，即函数求导、矩阵求逆、初始值敏感和算法效率低的缺陷，将光滑牛顿函数与矿井通风系统理论相结合，对NCP-函数进行光滑处理，使NCP-函数克服其不可微性；其包括如下步骤：首先根据矿井通风三个约束条件列出风量平衡方程，然后将风网任一分支风量带入可以得到非线性规划模型的Lagrange函数，引入NCP-函数和光滑参数进而构造一个新的函数，使得这个新函数是光滑的，这样得到的NCP-光滑函数算法不仅继承了牛顿算法的快速收敛性，而且初始点可以任意选取，并且不要求中间的迭代点为内点，打破内了点算法的局限性，光滑牛顿算法在每一次迭代中只需求解一个线性方程组；本发明可用于用于解决调风地点约束的通风网络优化问题，执行效率高，能够解决较大规模的通风网络优化问题。

2.根据权利要求1所述的一种一体化通风网络优化模型解算步骤，其特征在于，首先将根据风压平衡定律，风量平衡定律和风阻定律建立数学模型，然后结合矿井通风网络实际调风量，最终将任一分支风量带入数学模型，一种一体化通风模型数学模型可以写成如下形式：，在上述约束过程中，第一个等式约束方程即为风量平衡方程，由此方程得，树枝风量可由余树枝线性表出，记风网余树枝风量向量为：,则风网任一分支的风量可表示为： (1),将（1）式带入第二个等式约束方程组可得：，上述非线性规划模型的Lagrange函数为，其中，是相应的Lagrange乘子向量，根据最优化理论，上述非线性规划模型的一阶必要条件，由KKT条件可知，若是上述最优化模型的最优解，则存在Lagrange乘子向量，使得是如下方程系统的解：其中，，通过观察不难发现，上述方程系统倒数第一和第二个方程式一类标准的问题，称为互补问题。

3.根据权利要求2所述的NCP-光滑函数，其特征在于，为了克服NCP-函数的不可微性，需要对其进行光滑化处理，光滑化处理的方式是引入光滑参数，进而构造一个新的函数，使得这个新函数是光滑的。

4.根据权利要求2所述一种一体化通风模型数学模型方程等价地转化为下面的方程组： （2）

根据权利要求2所述的光滑函数的特性，其特征在于，定理1：（i）对任意的,若，则函数连续可微，（ii），，,

对任意的,记

这样，根据定理1（ii）不难看出，且是（2）的解，根据定理1（i）可知，函数连续可微，因此，求解非光滑方程组（2）可以转化为求解光滑方程组光滑方程组，借助于光滑函数，当时，的解光滑逼近于非光滑方程组，进而趋近于KKT系统的解，这样，基于函数的连续可微性，设计收敛速度非常高的牛顿型算法求解光滑方程组，以致于求得KKT系统的近似解。

5.设计求解的一种一体化通风网络优化模型解算方法，其特征在于，这种算法与内点算法类似，都属于牛顿型算法，一种一体化通风网络优化模型解算方法不仅继承了牛顿算法的快速收敛性，而且初始点可以任意选取，并且不要求中间的迭代点为内点，打破内了点算法的局限性，光滑牛顿算法在每一次迭代中只需求解一个线性方程组，对任意的，定义函数。

6.一种一体化通风网络优化模型解算方法步骤，其特征在于，步骤1选取，令，步骤2若，终止，步骤3选取，求解得到，其中，满足下述条件：，如果以上不可解或以下条件不成立：，令，步骤4令为满足下式的最小非负整数：，步骤5令，选取，转入步骤2。

7.一种一体化通风网络优化模型方程的计算：，其中，

由光滑牛顿方程得，；

，

，

，

，

由上式，光滑牛顿方程简化为：

其中，，

，

，

。