Versch. Lösungen für Optimierungsproblem mit Toolbox/fminc

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neury90

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Verfasst am: 30.06.2023, 17:45 Titel: Versch. Lösungen für Optimierungsproblem mit Toolbox/fminc

Hallo,

ich habe folgendes Optmierungsproblem, was mit der Optimization Toolbox gelöst werden kann:

Code:

clear all
clc

R = 8.3145;
T = 1300;
p = 1e5;
p0 = 1e5;

% in kmol
CO2.n0 = 3;
H2.n0 = 1;

% species
CO2.M = 44;
H2O.M = 18;
CO.M = 28;
H2.M = 2;

% elements
C.M = 12;
O.M = 16;
O2.M = 32;

m_CO2 = optimvar('m_CO2');
m_CO = optimvar('m_CO');
m_H2 = optimvar('m_H2');
m_H2O = optimvar('m_H2O');
m = optimvar('m');
M_tot = optimvar('M_tot');

% 1300 K
H2O.Delta_f_G0 = -175.774 * 1000;
CO.Delta_f_G0 = -226.509 * 1000;
CO2.Delta_f_G0 = -396.177 * 1000;
H2.Delta_f_G0 = 0;

eqn1 = m == CO2.n0 * CO2.M + H2.n0 * H2.M;
eqn2 = 1/M_tot == m_CO2/(m * CO2.M) + m_H2/(m * H2.M) + m_CO/(m * CO.M) + m_H2O/(m * H2O.M);

bal_C = C.M/CO2.M * CO2.n0 * CO2.M == C.M/CO2.M * m_CO2 + C.M/CO.M * m_CO;
bal_O = O2.M/CO2.M * CO2.n0 * CO2.M == O2.M/CO2.M * m_CO2 + O.M/CO.M * m_CO + O.M/H2O.M * m_H2O;
bal_H = H2.n0 * H2.M == m_H2 + H2.M/H2O.M * m_H2O;

G.CO2 = m_CO2 * (CO2.Delta_f_G0/CO2.M + R * T/CO2.M * log((m_CO2 * M_tot/(m * CO2.M)) * p/p0))*10^3;
G.H2 = m_H2 * (H2.Delta_f_G0/H2.M + R * T/H2.M * log((m_H2 * M_tot/(m * H2.M)) * p/p0))*10^3;
G.CO = m_CO * (CO.Delta_f_G0/CO.M + R * T/CO.M * log((m_CO * M_tot/(m * CO.M)) * p/p0))*10^3;
G.H2O = m_H2O * (H2O.Delta_f_G0/H2O.M + R * T/H2O.M * log((m_H2O * M_tot/(m * H2O.M)) * p/p0))*10^3;

% objective function
G.tot = G.CO2 + G.H2 + G.CO + G.H2O;

prob = optimproblem;

prob.Objective = G.tot;
prob.Constraints.cons1 = eqn1;
prob.Constraints.cons2 = eqn2;
prob.Constraints.cons3 = bal_C;
prob.Constraints.cons4 = bal_O;
prob.Constraints.cons5 = bal_H;
prob.Constraints.cons6 = M_tot >= 0;
prob.Constraints.cons7 = m_CO2 >= 0;
prob.Constraints.cons8 = m_CO >= 0;
prob.Constraints.cons9 = m_H2 >= 0;
prob.Constraints.cons10 = m_H2O >= 0;
prob.Constraints.cons11 = m >= 0;

x0.m_CO = 2;
x0.m_CO2 = 2;
x0.m_H2 = 2;
x0.m_H2O = 2;
x0.m = 2;
x0.M_tot = 100;

[sol, G.opt] = solve(prob, x0);

Funktion ohne Link?

Da ich das Problem jedoch noch weiterentwickeln möchte, möchte ich nicht die Toolbox verwenden und habe mich am Solver fmincon versucht. Hier wird jedoch abhängig von Startwert immer eine ander Lösung gefunden und die Iterationen sind nur 2. Ich hatte den Fehler in den constraints vermutet, konnte ihn jedoch noch nicht ausfindig machen. Der Code mit dem fmincon-Solver ist im Anhang.

Über Hilfe bei der Fehlersuche würde ich mich freuen.

read_component_data.m

Beschreibung:

Download

Dateiname:

read_component_data.m

Dateigröße:

1.03 KB

Heruntergeladen:

102 mal

objective.m

Beschreibung:

Download

Dateiname:

objective.m

Dateigröße:

816 Bytes

Heruntergeladen:

89 mal

constraints.m

Beschreibung:

Download

Dateiname:

constraints.m

Dateigröße:

788 Bytes

Heruntergeladen:

96 mal

main.m

Beschreibung:

Download

Dateiname:

main.m

Dateigröße:

1.83 KB

Heruntergeladen:

91 mal

Harald

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Verfasst am: 30.06.2023, 19:50 Titel:

Hallo,

Zitat:

Da ich das Problem jedoch noch weiterentwickeln möchte, möchte ich nicht die Toolbox verwenden und habe mich am Solver fmincon versucht.

Das verstehe ich nicht. optimvar / optimproblem / solve verwendet ja im Hintergrund einen Solver wie fmincon. Wenn das Problem eine spezielle Struktur hat, wird ein dafür geeigneter Solver verwendet, ansonsten meist fmincon. Zudem sind optimvar / optimproblem / solve und fmincon in der selben Toolbox. Warum willst du das also umschreiben?

Grüße,
Harald
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neury90

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Verfasst am: 30.06.2023, 20:23 Titel:

Hallo,

1. ist die Toolbox eine Art Blackbox für mich (bei Fehlermeldungen verstehe ich meist das Problem nicht)
2. kann man den Code nur ausführen, wenn man die entsprechende Toolbox hat
3. ist das erst der Anfang...ich möchte später auf dem Code noch weiter aufbauen

Harald

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Verfasst am: 30.06.2023, 20:28 Titel:

Hallo,

zu 1.: ich sehe da keine großen Unterschiede, aber das ist wohl Ansichtssache.

zu 2.: ob du fmincon oder den bisherigen Ansatz verwendest, macht keinen Unterschied, da beide Ansätze die gleiche Toolbox verwenden.

zu 3.: inwiefern kannst du denn auf dem bisherigen Ansatz nicht aufbauen? Anders gefragt: wie soll dieses Aufbauen denn aussehen?

Grüße,
Harald
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