Вычисление объединенных мягких ограничений в задачах проектирования оптимальных технологических систем

  • Татьяна Владимировна Лаптева Казанский национальный исследовательский технологический университет
  • Надир Низамович Зиятдинов Казанский национальный исследовательский технологический университет
  • Тхань Куан Нгуен Казанский национальный исследовательский технологический университет
Ключевые слова: оптимальное проектирование, химико-технологические системы, неопределенность в исходной информации, объединенные мягкие ограничения

Аннотация

Учет неопределенности в исходной информации в задачах оптимизации химико-технологических систем приводит к учету разных форм ограничений, представляющих проектные требования к работе химико-технологических систем. В работе предложен способ решения задач проектирования оптимальных химико-технологических систем при учете объединенных вероятностных ограничений. Способ основан на использовании кусочно-линейной аппроксимации целевой функции и функций ограничений, входящих в перечень объединенных, а также аппроксимации области выполнения ограничений многомерным параллелепипедом. Это позволяет свести объединенные вероятностные ограничения к совокупности отдельных детерминированных ограничений и обеспечить их вычислимость, а также меньшее время на получение решения задачи. Уточнение используемых аппроксимаций достигается за счет разбиения области неопределенности и многомерного параллелепипеда на подобласти.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Татьяна Владимировна Лаптева, Казанский национальный исследовательский технологический университет

д-р техн. наук, доцент, профессор кафедры системотехники, Казанский национальный исследовательский технологический университет

Надир Низамович Зиятдинов, Казанский национальный исследовательский технологический университет

д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой системотехники, Казанский национальный исследовательский технологический университет

Тхань Куан Нгуен, Казанский национальный исследовательский технологический университет

аспирант, Казанский национальный исследовательский технологический университет

Литература

1. Mathematical Programming Techniques for Optimization under Uncertainty and Their Application in Process Systems Engineering / I. E. Grossmann [and etc.] // Theoretical Foundations Of Chemical Engineering. – 2017. – V. 6. – No 51. – P. 961–971.
2. Hannah, L. A. Stochastic optimization / L. A. Hannah // International Encyclopedia of the Social & Behavioral Sciences / L. A. Hannah; edited by J. D. Wright. – Elsevier Ltd., 2015. – P. 473–481.
3. Exact robust counterparts of ambiguous stochastic constraints under mean and dispersion information / K. Postek [and etc.] // Optimization-Online. – 2015. URL: http://www.optimization–online.org/DB_HTML/2015/06/4946.html
4. Marti, K. Stochastic Optimization Methods. Applications in Engineering and Operations Research / K. Marti. – Springer. Engl., 2015. – 388 p.
5. Проектирование оптимальных ХТС на основе двухэтапных задач оптимизации / А. С. Сильвестрова [и др.] // Вестник Технологического университета. – 2015. – Т. 18. – No 23. – С. 110–115.
6. Xie, W. Optimized Bonferroni approximations of distributionally robust joint chance constraints / W. Xie, S. Ahmed, R. Jiang // Optimization-Online. – 2017. URL: http://www.optimization-online.org/DB_FILE/2017/02/5860.pdf
7. Bertsimas, D. Optimal inequalities in probability theory: A convex optimization approach / D. Bertsimas, I. Popescu // SIAM Journal on Optimization. – 2005. – V. 15. – No 3. – P. 780–804.
8. Baker, K. Joint Chance Constraints in AC Optimal Power Flow: Improving Bounds through Learning / K. Baker, A. Bernstein // IEEE Transactions on Smart Grid. – 2019. – Early Access. – P. 1–1.
9. On probabilistic constraints induced by rectangular sets and multivariate normal distributions / W. van Ackooij [and etc.] // Mathematical Methods of Operation Research. – 2010. – V. 71. – No 3. – P. 535–549.
10. Optimal Design and Placement of Piezoelectric Actuators using Genetic Algorithm: Application to Switched Reluctance Machine Noise Reduction // Stochastic Optimization–Seeing the Optimal for the Uncertain / O. Javier [and etc.]; edited by Dr. Ioannis Dritsas. – InTech Europe, Croatia, 2011. – Р. 95–104.
11. Covering linear programming with violations / F. Qiu [and etc.] // INFORMS Journal on Computing. – 2014. – V. 26. – No 3. – P. 531–546.
12. van Ackooij, W. Constrained bundle methods for upper inexact oracles with application to joint chance constrained energy problems / W. van Ackooij, C. Sagastizábal // SIAM Journal on Optimization. – 2014. – V. 24. – No 2. – P. 733–765.
13. Küçükyavuz, S. On mixing sets arising in chance-constrained programming / S. Küçükyavuz // Mathematical Programming. – 2012. – V. 132. – No 1–2. – P. 31–56.
14. Luedtke, J. An integer programming ap-proach for linear programs with probabilistic constraints / J. Luedtke, S. Ahmed, G. L. Nem-hauser // Mathematical Programming. – 2010. – V. 122. – No 2. – P. 247–272.
15. Luedtke, J. A branch-and-cut decomposition algorithm for solving chance-constrained mathematical programs with finite support / J. Luedtke // Mathematical Programming. – 2014. – V. 146. – No 1–2. – P. 219–244.
16. Günlük, O. Mixing mixed-integer inequalities / O. Günlük, Y. Pochet // Mathematical Programming. – 2001. – V. 90. – No 3. – P. 429–457.
17. Peña-Ordieres, A. Solving Chance-Con-strained Problems via a Smooth Sample-Based Nonlinear Approximation / A. Peña-Ordieres, J. Luedtke, A. Wächter // Cornell University Home-pape. Eprint arXiv:1905.07377. – 2019. URL: https://arxiv.org/abs/1905.07377
18. van Ackooij, W. Eventual convexity of probability constraints with elliptical distributions / W. van Ackooij, J. Malick // Mathematical Programming. – 2019. – V. 175. – No 1–2. – P. 1–27.
19. Nemirovski, A. Scenario approximations of chance constraints / A. Nemirovski // Probabilistic and randomized methods for design under uncertainty / A. Nemirovski, A. Shapiro; edited by G. Calafiore, F. Dabbene. – Springer-Verlag, London, 2006. – Р. 3–47.
20. Cheng, J. Partial sample average approx-imation method for chance constrained problems / J. Cheng, C. Gicquel, A. Lisser // Optimization Letters. – 2019. – V. 13. – No 4. – P. 657–672.
21. Baker, K. Efficient relaxations for joint chance constrained AC optimal power flow / K. Baker, B. Toomey // Electric Power Systems Research. – 2017. – No 148. – P. 230–236.
22. Ran, D. Robust Approximations to Joint Chance-constrained Problems / D. Ran, L. I. Guo-Xiang, L.I. Qi-Qiang // Acta Autom. Sin. – 2015. – V. 41. – No 10. – P. 1772–1777.
23. Zhao, M. Strong inequalities for chance- constrained program / M. Zhao, K. Huang, B. Zeng // Optimization-Online. – 2014. URL: http://www.optimization-on-line.org/DB_FILE/2014/11/4634.pdf
24. Roald, L. Chance-constrained AC optimal power flow: Reformulations and efficient algorithms / L. Roald, G. Andersson // IEEE Transactions on Power Systems. – 2018. – V. 33. – No 3. – P. 2906–2918.
25. Nemirovski, A. Convex approximations of chance constrained programs / A. Nemirovski, A. Shapiro // SIAM Journal on Optimization. – 2006. – V. 17. – No 4. – P. 969–996.
26. Watson, J.-P. Scalable heuristics for a class of chance-constrained stochastic programs / J.-P. Watson, R. J. B. Wets, D. L. Woodruff // INFORMS Journal on Computing. – 2010. – V. 22. – No 4. – P. 543–554.
27. Maußner, J. Optimization under uncertainty in chemical engineering: Comparative evaluation of unscented transformation methods and cubature rules / J. Maußner, F. Hannsjörg // Chemical Engineering Science. – 2018. – V. 183. – P. 329–345.
28. Joint Chance Constraints Under Mean and Dispersion Information / G. A. Hanasusanto [and etc.] // Operations Research. – 2017. – V. 65. – No 3. – P. 751–767.
29. Misra, S. Learning for Constrained Optimization: Identifying Optimal Active Constraint Sets / S. Misra, L. Roald, Y. Ng // URL: https://arxiv.org/pdf/1802.09639
30. Optimization of Chemical Process Design with Chance Constraints by an Iterative Partitioning Approach / G. M. Ostrovsky [and etc.] // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2015. – V. 13. – No 54. – P. 3412–3429.
31. Ostrovsky, G. M. Optimal design of chemical processes under uncertainty / G. M. Ostrovsky, T. V. Lapteva, N. N. Ziyatdinov // Theoretical Foundations Of Chemical Engineering. – 2014. – V. 48. – No 5. – P. 583–593.
32. Ke, S. Filter Trust Region Method for Nonlinear SemiInfinite Programming Problem / S. Ke, X. Chun, L. Ren // Mathematical Problems in Engineering. – 2018. – V. 2018. – P. 1–9.
Опубликован
2019-08-27
Как цитировать
Лаптева, Т. В., Зиятдинов, Н. Н., & Нгуен, Т. К. (2019). Вычисление объединенных мягких ограничений в задачах проектирования оптимальных технологических систем. Вестник ВГУ. Серия: Системный анализ и информационные технологии, (3), 18-28. https://doi.org/10.17308/sait.2019.3/1302
Раздел
Математические методы системного анализа и управления