Asymmetrische Evolutionsstrategien

In dieser Arbeit wird eine neue Evolutionsstrategie entwickelt, die im Gegensatz zu allen bekannten Evolutionsstrategien einen gerichteten Mutationsoperator einsetzt. Die gerichtete Mutation wird durch Verwendung einer asymmetrischen Verteilungsfunktion realisiert. Eine asymmetrische Verteilungsfunktion, die die Randbedingungen der Evolutionsstrategien erfüllt existierte nicht und wird in dieser Arbeit hergeleitet. Neben der Herleitung der Verteilungsfunktion werden alle stochastisch interessanten Eigenschaften dieser Verteilungsfunktion hergeleitet. Dazu zählen Momente, Verteilungs- und Dichtefunktion und die zugehörigen inversen Funktionen. Die hier entwickelte asymmetrische Verteilungsfunktion ist dabei so allgemein gehalten, dass sie, für spezielle Belegungen der Parameter, auch symmetrische Verteilungen und insbesondere auch die Normalverteilung realisieren kann. Aufbauend auf diese Verteilungsfunktion und den zugehörigen Zufallszahlengenerator wird die asymmetrische Evolutionsstrategie entwickelt. Die Leistungsfähigkeit der die asymmetrische Evolutionsstrategie wird durch Benchmark-Test und reale Anwendungen gezeigt. Zum Vergleich werden alle Test mit anderen Varianten der Evolutionsstrategien verglichen.Topic of this work is the development of a new evolution strategy. In contrast to all other evolution strategies the asymmetrical one uses a directed mutation operator. The directed mutation is based on an asymmetrical distribution function. A asymmetrical distribution function which fulfils all ancillary conditions of the evolution strategies did not exist and was developed in this work. Besides the development of the cumulative distribution function all interesting properties have been deduced. These properties are the moments, cumulative and probability distribution function and the associated inverse functions. The developed distribution function, developed in this work, is on a general level, that allows the modelling of symmetrical distributions and in particular the modeeling of the normal distribution. Based on the asymmetrical distribution function and its random number generator, the asymmetrical evolution strategy is developed. The performance is demonstrated with the use of benchmark-test and real-world problems. All test were carried out with other variants of the evolution strategies to give a comparable grading of the performance

Abschlußbericht der Projektgruppe Evolutionäre Algorithmen

Viele in der Praxis interessante Optimierungsrobleme sind NP-hart. Da kein Algorithmus bekannt ist, der ein Optimum für solche Probleme mit geringerem als exponentiellem Aufwand findet, sucht man, ein Optimum mit Heuristiken möglicht gut anzunähern. Zu diesen gehören auch die Evolutionären Algorithmen. Ziel der Projektgruppe EVA war die Entwicklung einer Experimentierplattform für Evolutionäre Algorithmen, die die Implementierung und empirische Untersuchung dieser Algorithmen erleichtert. Besonderer Wert wurde daher auf möglichst große Unabhängigkeit der Algorithmen vom Problem gelegt. Der Endbericht der Projektgruppe enthält nach einer Einführung den Entwurf von GENOM, die Beschreibung der Implementierung sowie Hinweise zur Bedienung und zu Erweiterungsmöglichkeiten

Ansatz zur ganzheitlichen Entwurfsoptimierung am Beispiel von Bürogeschossbauten

Die Bearbeitung eines Bauwerksentwurfes erfolgt größtenteils linear, d.h. die Entwurfsbeteiligten werden nacheinander, entsprechend den jeweiligen Erfordernissen, in den Entwurfsprozeß eingebunden. Notwendige informative Rückkopplungen aller Beteiligten sind dadurch nicht jederzeit möglich. So werden viele Entwurfsentscheidungen auf der Basis bislang gemachter Erfahrungen herbeigeführt, ohne daß die komplexen Zusammenhänge ganzheitlich erkannt, erfaßt und untersucht werden. Aus diesem Grund haben es neuere Techniken, wie z.B. die Verbundbauweise, schwer, sich auf dem Baumarkt durchzusetzen. Um den Entwurfsprozeß im Sinne einer ganzheitlichen Betrachtungsweise zu verbessern, wird, unter Verwendung eines modifizierten genetischen Algorithmus, ein allgemeines Modell für eine rechnergestützte ganzheitliche Entwurfsoptimierung entwickelt. Durch eine systematische Erfassung, Strukturierung und Einbindung aller erforderlichen Parameter in ein Anwendungsmodul für Bürogeschoßbauten wird das allgemeine Optimierungsmodell ergänzt. Am Beispiel eines bestehenden Bürogebäudes werden umfangreiche Untersuchungen durchgeführt und allgemeine Aussagen zum entwickelten Modell, zum Entwurf und zur Bauweise von Bürogeschoßbauten abgeleitet. Dabei wird gezeigt, daß mit Hilfe dieser Optimierungsmethode eine neue Möglichkeit besteht, komplexe Planungsaufgaben aus dem Hoch- und Industriebau zu erfassen, und in sehr kurzer Zeit eine ganzheitliche Lösung, als Grundlage für die weitere Entwurfsbearbeitung, zu finden.The adaptation of building design mainly takes place in a linear way. That means that the people involved in the design are integrated in it´s process in succession corresponding to the specific needs. Therefore necessary informative feedbacks of all participants are not possible at all times. Most decisions of designs are made on the basis of common experience without recognizing, capturing and researching the complex correlations. This is the reason why new technologies such as composite constructions are difficult to be established on the construction market. To optimise the design process, a general computer modell based integral design is developed under use of a modified genetic algorithm. The general modell of optimisation is being supplemented by systematic registration, structuring and connection of all necessary parameters in a modell of use for a multi story office building. Illustrated by an already constructed office building wide ranging research has been carried out, and general conclusions can be drawn, concerning design construction an the developed modell. Hereby it is shown that a new method exists with the help of this optimisation to capture complex planning tasks in the area of structure and industrial engineering. And a howlistic approach as basis for the extended design adaptation can be found in a short period of time

Beitrag zur schaltungszustandsbasierten Ansteuerung geschalteter Reluktanzmaschinen unter Berücksichtigung der Strommessung bei reduzierter Sensorik

Die geschaltete Reluktanzmaschine als elektro-magneto-mechanischer Energiewandler gehört zur Gruppe der Synchronmaschinen. Neben dem Verzicht auf Seltenerdmetalle und der Möglichkeit zur kostengünstigen Fertigung ist dieser Maschinentyp besonders robust und kann auch bei Überlast zuverlässig betrieben werden. Insbesondere bei hohen Drehzahlen kann die geschaltete Reluktanzmaschine vorteilhaft zur Anwendung kommen. Dem entgegen stehen eine inhärente Geräuschemission und die Notwendigkeit einer Information über die Lage des beweglichen bezüglich des feststehenden Teils. Vielfältige Forschungsarbeiten versuchen, die bisherige geringe Akzeptanz der geschalteten Reluktanzmaschine zu steigern. Dabei bezieht sich jedoch nur ein verhältnismäßig geringer Teil auf die Ansteuerung bei reduzierter Stromsensorik. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur mehrphasigen Stromregelung geschalteter Reluktanzmaschinen mit nur einem Sensor zur Erfassung der für den Betrieb benötigten Phasenströme. Hierzu wird insbesondere der Überlappungsbereich der Phasen in den Vordergrund gestellt und dessen Bedeutung für den Maschinenbetrieb herausgearbeitet. Zusätzlich werden Definitionen zur Unterscheidung der relevanten Vorgänge für die Darstellung der Problematik eingeführt. Es wird gezeigt, wie sich die Maschine mit verschiedenen leistungselektronischen Topologien bei einer modifizierten Anbindung der Freilaufdioden betreiben lässt. Die dazu notwendigen Verläufe der Steuersignale werden empirisch und parallel dazu über einen genetischen Algorithmus ermittelt. Beide Ansätze führen für den Spezialfall zweier gleichzeitig aktiver Phasen mit jeweils zwei Schaltern im Überlappungsbereich zu einer wechselseitigen Anordnung der Schaltflanken. Hierdurch wird die Funktion des genetischen Optimierungsalgorithmus deduktiv nachgewiesen und die Anwendbarkeit auf allgemeinere Konfigurationen in Aussicht gestellt. Mithilfe eines Demonstrators werden die Einflüsse auf die Strommessung ermittelt und die grundlegende Funktionsfähigkeit der entwickelten Methode in der geschlossenen Kette nachgewiesen.Switched reluctance machines, which are a component of synchronous machines, act as electro-magneto-mechanical energy converters. Such converters do not need rare earth elements and can be produced at low costs. As well, they are robust and can be reliably operated even in overload conditions. However, these advantages are offset by the inherent noise emissions and the need for detailed information about the rotor position. Much research has been done to improve the performance and capabilities of this machine type. However, only little emphasis has been placed on the area of reduced current sensor control in the past. Therefore, this thesis examines the problem of multiphase current regulation of a switched reluctance machine with only one current sensor in order to detect the phase currents required for operation. Furthermore, the overlapping areas of the phases are clearly defined for the problem description. The thesis shows how switch reluctance machines can be driven with a power electronic topology that can be achieved by modifying the connection of the freewheeling diodes. The required control signals are determined empirically, as well as using a genetic algorithm. Both approaches lead for the special case of two simultaneously active phases, each with two switches in the overlapping area to a mutual arrangement of the switching edges. As a result, the usefulness of the genetic optimization algorithm is shown and its applicability for more general and more complex configurations can be considered. Using a demonstration setup, the impact on the current measurements is determined. As well, the ability of the proposed method to work in closed-loop conditions is veryfied

Design eines Multiskalen-Algorithmus zur reaktiven Prozess- und Ablaufplanung

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