진화 알고리즘은 여러 개의 상충하는 목적을 갖는 다목적 최적화 문제를 해결하기에 적합한 방법이다. 특히, 파레토 지배관계에 기초하여 개체의 적합도를 평가하는 파레토 기반 진화알고리즘들은 그 성능에 있어서 비교적 우수한 평가를 받고 있다. 그러나 일반화된 다목적 최적화 진화알고리즘은 복잡한 문제들에서 찾아진 해들의 분포가 전체 파레토 경계면에 대하여 균일하지 못하고 특정 지역에서 집중적으로 해를 생성하는 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서 우리는 이러한 문제점을 보완하기 위한 다목적 최적화 진화알고리즘을 제안한다. 제안한 알고리즘은 현재까지 찾아진 최적해들 중 특정 지역에 관중되지 않은 해를 우수 종자로 복제 연산에 참여시킨다. 따라서 특별한 지역탐색 기법을 사용하지 않아도 종자가 되는 개체 주위에 새로운 개체를 생성할 확률이 높기 때문에 지역탐색의 효과를 가질 수 있고, 비교적 고른 분포의 파레토 최적 해를 생성한 수 있다. 5개의 테스트 함수에 대한 실험 결과, 제안한 알고리즘은 모든 문제에서 전체 파레토 경계면에 균일한 분포의 해들을 생성할 수 있었으며, 많은 지역해를 가지는 문제를 제외한 모든 문제에서 NSGA-II보다 우수한 수렴 결과를 보였다.
The important dynamic specifications in the aluminum automobile body design are the vibrations and crashworthiness in the views of ride comforts and safety. Thus, considerable effort has been invested into improving the performance of mechanical structures comprised of the interactive multiple sub-structures. Most mechanical structures are complex and are essentially multi-criteria optimization problems with objective functions retained as constraints. Each weight factor can be defined according to the effects and priorities among objective functions, and a feasible Pareto-optimal solution exists for the criteria-defined constraints. In this paper, a multi-criteria design based on the Pareto-optimal sensitivity is applied to the vibration qualities and crushing characteristics of front structure in the automobile body design. The vibration qualities include the idle, wheel unbalance and road shake. The crushing characteristic of front structure is the axial maximum peak load.
In this paper a new method for the design of a simple PI controller is presented and it has been applied in the control of a Boost based PFC rectifier. The Strength Pareto evolutionary algorithm, which is based on the Pareto Optimality concept, used in Game theory literature is implemented as a multi-objective optimization approach to gain a good transient response and a high quality input current. In the proposed method, the input current harmonics and the dynamic response have been assumed as objective functions, while the PI controller's gains of the PFC rectifier (Kpi, Tpi) are design variables. The proposed algorithm generates a set of optimal gains called a Pareto Set corresponding to a Pareto Front, which is a set of optimal results for the objective functions. All of the Pareto Front points are optimum, but according to the design priority objective function, each one can be selected. Simulation and experimental results are presented to prove the superiority of the proposed design methodology over other methods.
Amirahmadi, Ahmadreza;Rafiei, Mohammadreza;Tehrani, Kambiz;Griva, Giovanni;Batarseh, Issa
Journal of Power Electronics
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제15권1호
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pp.160-176
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2015
This paper presents a method of designing optimal integer- and fractional-order proportional-integral-derivative (FOPID) controllers for a boost converter to gain a set of favorable characteristics at various operating points. A Pareto-based multi-objective optimization approach called strength Pareto evolutionary algorithm (SPEA) is used to obtain fast and low overshoot start-up and dynamic responses and switching stability. The optimization approach generates a set of optimal gains called Pareto set, which corresponds to a Pareto front. The Pareto front is a set of optimal results for objective functions. These results provide designers with a trade-off look-up table, in which they can easily choose any of the optimal gains based on design requirements. The SPEA also overcomes the difficulties of tuning the FOPID controller, which is an extension to the classic integer-order PID controllers and potentially promises better results. The proposed optimized FOPID controller provides an excellent start-up response and the desired dynamic response. This paper presents a detailed comparison of the optimum integer- and the fractional-order PID controllers. Extensive simulation and experimental results prove the superiority of the proposed design methodology to achieve a wide set of desired technical goals.
This paper proposes a Pareto artificial life algorithm for solving multi-objective optimization problems. The artificial life algorithm for optimization problem with a single objective function is improved to handle Pareto optimization problem through incorporating the new method to estimate the fitness value for a solution and the Pareto list to memorize and to improve the Pareto optimal set. The proposed algorithm was applied to the optimum design of a journal bearing which has two objective functions. The Pareto front and the optimal solution set for the application were presented to give the possible solutions to a decision maker or a designer. Furthermore, the relation between linearly combined single-objective optimization problem and Pareto optimization problem has been studied.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제3권2호
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pp.150-159
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2010
Laidback fan shaped film-cooling hole is formulated numerically and optimized with the help of three-dimensional numerical analysis, surrogate methods, and the multi-objective evolutionary algorithm. As Pareto optimal front produces a set of optimal solutions, the trends of objective functions with design variables are predicted by hybrid multi-objective evolutionary algorithm. The problem is defined by four geometric design variables, the injection angle of the hole, the lateral expansion angle of the diffuser, the forward expansion angle of the hole, and the ratio of the length to the diameter of the hole, to maximize the film-cooling effectiveness compromising with the aerodynamic loss. The objective function values are numerically evaluated through Reynolds- averaged Navier-Stokes analysis at the designs that are selected through the Latin hypercube sampling method. Using these numerical simulation results, the Response Surface Approximation model are constructed for each objective function and a hybrid multi-objective evolutionary algorithm is applied to obtain the Pareto optimal front. The clustered points from Pareto optimal front were evaluated by flow analysis. These designs give enhanced objective function values in comparison with the experimental designs.
This paper proposes the Pareto artificial life algorithm for a multi-objective function optimization problem. The artificial life algorithm for a single objective function optimization problem is improved through incorporating the new method to estimate the fitness value fur a solution and the Pareto list to memorize and to improve the Pareto optimal set. The proposed algorithm is applied to the optimum design of a Journal bearing which has two objective functions. The Pareto front and the optimal solution set for the application are reported to present the possible solutions to a decision maker or a designer.
Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II) is applied for solving Combined Economic Emission Dispatch (CEED) problem with valve-point loading of thermal generators. This CEED problem with valve-point loading is a nonlinear, constrained multi-objective optimization problem, with power balance and generator capacity constraints. The valve-point loading introduce ripples in the input-output characteristics of generating units and make the CEED problem as a nonsmooth optimization problem. To validate its effectiveness of NSGA-II, two benchmark test systems, IEEE 30-bus and IEEE 118-bus systems are considered. To compare the Pareto-front obtained using NSGA-II, reference Pareto-front is generated using multiple runs of Real Coded Genetic Algorithm (RCGA) with weighted sum of objectives. Comparison with other optimization techniques showed the superiority of the NSGA-II approach and confirmed its potential for solving the CEED problem. Numerical results show that NSGA-II algorithm can provide Pareto-front in a single run with good diversity and convergence. An approach based on Technique for Ordering Preferences by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) is applied on non-dominated solutions obtained to determine Best Compromise Solution (BCS).
In this study, we developed a method to determine the flood-limited water levels of agricultural reservoirs, considering both their irrigation and flood control functions. Irrigation safety and flood safety indices were defined to be applied to various reservoirs, allowing for a comprehensive assessment of the irrigation and flood control properties. Seasonal flood-limited water level scenarios were established to represent the temporal characteristics of rainfall and agricultural water supply and the safety indices were analyzed according to these scenarios. The optimal scenarios were derived using a schematic solution based on Pareto front analysis. The method was applied to Obong, Yedang, and Myogok reservoirs, and the results showed that the characteristics of each reservoir were well represented in the safety indices. The irrigation safety of Obong reservoir was found to be significantly influenced by the late-stage flood-limited water level, while those of Yedang and Myogok reservoir were primarily affected by the early and mid-stage flood-limited water levels. The values of irrigation safety and flood safety indices for each scenario were plotted as points on the coordinate plane, and the optimal flood-limited water levels were selected from the Pareto front. The storage ratio of the optimal flood-limited water levels for the early, mid, and late stages were 65-70%, 70%, and 75% for Obong reservoir, 75%, 70-75%, and 65-70% for Yedang reservoir, and 75-80%, 70%, and 50% for Myogok reservoir. We expect that the method developed in this study will facilitate efficient reservoir operations.
In this paper, evolutionary multi-objective selection method of RBF networks structure is considered. The candidates of RBF network structure are encoded into the chromosomes in GAs. Then, they evolve toward Pareto-optimal front defined by several objective functions concerning with model accuracy and model complexity. An ensemble network constructed by such Pareto-optimal models is also considered in this paper. Some numerical simulation results indicate that the ensemble network is much robust for the case of existence of outliers or lack of data, than one selected in the sense of information criteria.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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