多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化中優(yōu)化算法與近似模型研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，大規(guī)模復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)越來(lái)越多地涉及到多學(xué)科、多目標(biāo)、多約束和多設(shè)計(jì)變量等因素，使得設(shè)計(jì)過(guò)程變得十分復(fù)雜，常常難以用傳統(tǒng)優(yōu)化方法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)通過(guò)充分利用系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)機(jī)制，采取合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可有效地解決大規(guī)模復(fù)雜工程系統(tǒng)的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題。本文針對(duì)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和要求，對(duì)機(jī)電系統(tǒng)多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)體系及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究分析，著重對(duì)機(jī)電系統(tǒng)多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化算法和近似

2、模型技術(shù)進(jìn)行研究，并將其應(yīng)用于并聯(lián)機(jī)器人多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題。
　　1．在分析復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)構(gòu)成特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想，構(gòu)建了機(jī)電系統(tǒng)多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化體系結(jié)構(gòu)，并對(duì)其中的系統(tǒng)建模技術(shù)、耦合關(guān)系分析與處理、近似模型技術(shù)、優(yōu)化算法和約束處理問(wèn)題、多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化求解策略等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，旨在解決復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)存在學(xué)科多、學(xué)科之間耦合性強(qiáng)、難于進(jìn)行全面系統(tǒng)的整體優(yōu)化設(shè)計(jì)的問(wèn)題。
　　2．針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同優(yōu)化方法對(duì)初始點(diǎn)選取

3、敏感且易陷入局部最優(yōu)，導(dǎo)致求解效率降低的問(wèn)題，提出了一種基于參數(shù)策略的改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法(Particle Swarm Otimization，PSO)，采用Logistic映射對(duì)種群進(jìn)行混沌初始化、非線性地動(dòng)態(tài)改進(jìn)慣性權(quán)值和非線性地動(dòng)態(tài)調(diào)整加速因子三種策略對(duì)粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)算法的收斂精度和早熟的平衡問(wèn)題進(jìn)行研究，利用測(cè)試函數(shù)及工程實(shí)例驗(yàn)證了其有效性。
　　3．提出了一種凝聚約束處理方法，采用凝聚函數(shù)將多約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化

4、成一個(gè)擁有光滑高階可微的可行域單約束優(yōu)化問(wèn)題，以緩解多約束之間的沖突并加快收斂速度，再結(jié)合懲罰函數(shù)法，將約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題。該凝聚約束處理方法對(duì)懲罰因子的選取不敏感，求解結(jié)果比較穩(wěn)定，為協(xié)同優(yōu)化求解過(guò)程提供一種有效的約束處理方法。
　　4．提出了一種形狀參數(shù)優(yōu)化徑向基插值近似模型，分析了徑向基插值函數(shù)中參數(shù)對(duì)近似效果的影響，研究了通過(guò)優(yōu)化誤差函數(shù)來(lái)確定形狀參數(shù)的方法，并利用測(cè)試函數(shù)對(duì)改進(jìn)徑向基插值近似模型進(jìn)行驗(yàn)證，以

5、解決標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同優(yōu)化方法計(jì)算成本高、計(jì)算效率低的問(wèn)題。
　　5．提出了一種基于PSO算法和徑向基插值近似模型技術(shù)的改進(jìn)協(xié)同優(yōu)化方法，以改善協(xié)同優(yōu)化方法的收斂性能并提高求解效率，給出了求解步驟和計(jì)算框圖，并通過(guò)典型的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化數(shù)值算例和工程算例對(duì)其可行性和有效性進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。
　　6．研究了并聯(lián)機(jī)器人多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)，以三自由度并聯(lián)機(jī)器人為研究對(duì)象，根據(jù)協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想，建立了其多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，利用改進(jìn)協(xié)同優(yōu)化