具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于太阳能ORC的药材干燥装置，包括太阳能ORC系统、热量交换系统、真空冷冻干燥系统、喷雾干燥系统和控制系统（图中未示出）。

所述太阳能ORC系统包括太阳能集热器1、第一工质泵2，及依次串联形成闭环的换热器3、第二工质泵4、第一冷凝器5和透平机6，且所述第一工质泵2连接在所述换热器3与所述太阳能集热器1之间。

所述热量交换系统包括依次串联形成闭环的压缩机8、蒸发器9、膨胀阀11和第二冷凝器10。

其中，所述太阳能ORC系统的透平机6与所述热量交换系统的压缩机8通过连杆7相连；所述真空冷冻干燥系统通过风管并联在蒸发器9两端；所述喷雾干燥系统通过风管并联在第二冷凝器10两端。

所述控制系统分别与太阳能ORC系统、热量交换系统、真空冷冻干燥系统和喷雾干燥系统电性连接。

所述真空冷冻干燥系统包括通过风管依次串联形成闭环的真空冷冻干燥室22、第一除湿装置19、第一风机16、第三三通阀14、第一三通阀12和第一风量调节阀18。

其中，真空冷冻干燥室22内部设置多层隔板24、第一温度计28和第一压力表29，真空冷冻干燥室22上通过真空泵阀门23连接真空泵27。

所述喷雾干燥系统包括通过风管依次串联形成闭环的喷雾干燥室25、第二除湿装置21、第二风机17、第四三通阀15、第二三通阀13和第二风量调节阀20。

其中，喷雾干燥室25内部设置雾化喷口26、第二温度计30和第二压力表31。

所述第一三通阀12与所述第二三通阀13通过风管相连；所述第三三通阀14与所述第四三通阀15通过风管相连。

工作过程及原理：太阳能集热器1吸收太阳辐射能量并转化为热量传递给太阳能工质，太阳能工质通过第一工质泵2在管道中循环，与另一环路中的ORC工质在换热器3中进行热量交换，ORC工质吸热后生成具有一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入透平机6机械膨胀做功，带动连杆7转动。从透平机6排出的蒸汽在第一冷凝器5中冷凝放热，凝结成液态后在第二工质泵4的作用下回到换热器3进行循环。

连杆7的转动驱动压缩机8运行，从而将热泵工质压缩至高温高压状态，热泵工质经过第二冷凝器10，与喷雾干燥系统风管中的空气换热，冷凝成高压常温液体后经过膨胀阀11降低压力和温度，再送入蒸发器9中与真空冷冻干燥系统风管中的空气换热，吸热蒸发变为蒸气后回到压缩机8进行循环。

喷雾干燥系统中的空气通过风管与第二冷凝器10进行换热，温度升高，随后高温风依次经过第二三通阀13、第二风量调节阀20后进入喷雾干燥室25。药液通过雾化喷口26变成雾状喷入室内，与进入室内的高温风进行换热干燥。换热后的空气依次通过第二除湿装置21、第二风机17、第四三通阀15，重新回到第二冷凝器10中继续换热，不断循环。第二温度计30与第二压力表31实时显示喷雾干燥室25内的干燥温度和干燥压力，第二风量调节阀20根据此温度和压力调节风量。

真空冷冻干燥系统中的空气通过风管与蒸发器9进行换热，温度降低，随后低温风依次经过第一三通阀12、第一风量调节阀18后进入真空冷冻干燥室22，围在多层隔板24四周的辐射板与低温风接触后将低温传递至多层隔板24内进行药材的预冻，第一温度计28与第一压力表29实时显示多层隔板24内的干燥温度和干燥压力，第一风量调节阀18根据干燥温度调节风量。在真空冷冻干燥室22里换热后的空气依次经过第一除湿装置19、第一风机16和第三三通阀14后，进入蒸发器9继续换热，不断循环。随后，打开真空泵阀门23，启动真空泵27，将多层隔板24内的空气排出，直到压力降低至近似为零的状态，利用第一三通阀12和第三三通阀14切断低温风循环管路，将与第二冷凝器10换热后的高温风通过第二三通阀13、第一三通阀12和第一风量调节阀18后进入真空冷冻干燥室22，多层隔板24周围的辐射板将温度传递至隔板内进行干燥，换热后的高温风依次经过第一除湿装置19、第一风机16、第三三通阀14和第四三通阀15后回到第二冷凝器10进行循环。

本发明还提供一种多层级指标综合优化决策方法，应用于如上述一种基于太阳能ORC的药材干燥装置，如图2所示，包括如下步骤：

S₁：种群初始化，输入干燥温度、干燥压力等决策变量与太阳能转化效率等目标函数变化上下限；在指定范围内随机生成初始父代个体，并代入目标函数中求解子代。

S₂：多层级指标模糊决策排序，对子代方案中评价指标按照属性划分层级，依据指标值“越小越优”或“越大越优”原则构建方案权重矩阵，并依据“指标重要性”原则构建层级指标权重矩阵，进而进行语义分数分配与归一化处理，获取模糊决策结果，明确计算值最大个体并排序为1，将排序为1的个体排出后重复步骤S₂对剩余个体排序。

其中，该装置的各项指标按照层级要求可分为：

第一层级：ORC工质可燃毒性（C₁）、ORC工质大气存留时间（C₂）和ORC工质全球变暖潜值（C₃）。

第二层级：太阳能转化效率（C₄）、太阳能ORC系统净输出功（C₅）和太阳能ORC系统联合热量交换系统总热效率（C₆）。

第三层级：真空冷冻干燥系统干燥品质效率（C₇）、真空冷冻干燥系统环境效率（C₈）、喷雾干燥系统干燥品质效率（C₉）、喷雾干燥系统环境效率（C₁₀）、太阳能ORC药材干燥装置投资成本（C₁₁）和太阳能ORC药材干燥装置投资回收期（C₁₂）。

S₃：竞标赛选择，选择个体进入交配池，按照排序值越高原则筛选。

S₄：遗传操作，进行交叉、变异后生成新个体。

S₅：重复S₂中的多层级指标模糊决策排序。

S₆：生成新种群，将不具优势的个体淘汰，维持种群数量一定。

S₇：不断迭代S₃-S₆，直到达到进化次数后停止，从而完成进化，输出优良个体，得到优化结果。

S₈：将最终的优化结果反馈至所述控制系统。

以上述条件为例，具体说明该方法原理：设种群数量为100，即100个方案，D₁-D₁₀₀，通过种群初始化，每个种群里根据决策变量的范围值，随机生成父代，继而随机生成子代C₁-C₁₂。

根据指标值“越小越优”或“越大越优”原则构建方案权重矩阵，当比较方案某一指标时，按照指标更优为1，指标不优为0，指标相等为0.5计算。每一个方案都与其余方案比较一次，随后将得分求和，以最大求和值和最小求和值为上下限，0.5分度为间隔进行等级划分，以最大求和值的等级为1依次递减，每个等级都对应相应的优先级分数，因等级最多不超过21个，设100个方案按照每组8个来分组，共分为12个组，剩余4个方案放入下一轮筛选，每一组设定的方案个数不影响最后结果。每组中，将每个方案的优先级分数分别除以组内所有方案优先级分数的总和，得到的结果即为各方案权重，下面以指标C₅为例，建立方案权重矩阵如表1。

表1

上表为随机分配的1组方案。其中，形如D₁₂即为D₁与D₂相比，若D₁更优则D₁₂=1，若D₂更优则D₁₂=0，若相等则D₁₂=0.5。以最大求和值为等级1，按照0.5分度依次递减，得到8个方案中对应的等级及优先级分数，以5个等级为例，建立等级与优先级分数间的关系如表2。

表2

将组内每个方案的优先级分数分别除以组内所有方案优先级分数的求和值即为组内各方案对指标C₅的权重。

根据“指标重要性”原则构建层级指标权重矩阵，即通过相关信息指定各层级内指标的重要性并排序。在指标比较时，按照更重要为1，不重要为0，同等重要为0.5计算，且指标的比较、等级划分及权重计算只发生在层级内。下面以第一层级和第二层级指标为例，建立层级指标权重矩阵如表3。

表3

其中，形如C₁₂即为C₁与C₂相比，若C₁更重要则C₁₂=1，若C₂更重要则C₁₂=0，若相等则C₁₂=0.5。以最大求和值为等级1，按照1分度依次递减，得到对应的等级及优先级分数，其余步骤与构建方案权重矩阵相同。

以W₁₂表示方案D₁对指标C₂的权重，建立方案对指标的权重关系如表4。

表4

以W₁表示指标C₁的权重，建立层级指标权重关系如表5。

表5

计算模糊决策结果时，需按照层级进行计算，现以方案D₁为例构建矩阵进行详细说明：

第一层级：

A₁₁=[W₁₁ W₁₂ W₁₃]

B₁₁=[W₁;W₂;W₃]

D₁₁=A₁₁*B₁₁

第二层级：

A₂₁=[W₁₄ W₁₅ W₁₆ D₁₁]

B₂₁=[W₄;W₅;W₆]

C₂₁=[L/(L+1)].*B₂₁

C₂₂=[C₂₁;1-[L/(L+1)]]

D₂₁=A₂₁*C₂₂

第三层级：

A₃₁=[W₁₇ W₁₈ W₁₉ W₁₁₀ W₁₁₁ W₁₁₂ D₂₁]

B₃₁=[W₇;W₈;W₉;W₁₀;W₁₁;W₁₂]

C₃₁=[L/(L+1)].*B₃₁

C₃₂=[C₃₁;1-[L/(L+1)]]

D₃₁=A₃₁*C₃₂

其中，D₁₁、D₂₁及D₃₁分别为方案D₁的第一层级评价结果、第二层级评价结果及第三层级评价结果，L为对应层级的指标数。其他方案依此类推，得到每个层级的各方案评价结果，根据数值大小进行排序，数值越大排名越前。由于在计算各层级矩阵时考虑了上一层级评价结果对下一层级的影响，因此该组方案最终的排名结果为第三层级排名结果。12组均按照以上步骤进行排序，将每组排名最前的方案与最初剩余的4个方案一起组成16个方案，依然按照每组8个方案进行随机分组，共分为2组，重复上述步骤后决出2个方案，再重复一次计算得到最终唯一方案，即排序为1。排除排序为1的方案后，剩余99个方案继续按照步骤进行分组、计算和排序，最终选出排名最靠前的方案排序为2，依此类推将100个方案按照1-100排序后，选定前50个方案进入交配池。

在交配池中，通过对原方案进行二进制交叉和多项式变异得到新方案，并与交配池中的原方案组成新的种群，重复上述排序，淘汰不具优势的个体，维持方案总数为100不变，不断迭代直至满足次数要求后输出结果。

最终从100个方案里选出唯一最优解，将此最优方案所对应的干燥温度、干燥压力等决策变量值反馈至控制系统进行参数设定，控制系统通过第一风量调节阀、第二风量调节阀以及风管中的三通阀对干燥室的干燥温度、干燥压力进行调节，直至满足设定要求。该方法从而既达到了优化的目的，又完成了对方案的决策。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。