基于人工神经网络响应面技术的多学科优化方法研究及应用

在常用的非层次型多学科综合优化算法基础上,提出了基于神经网络响应面多学科优化算法(ANNMDO),是一种二级结构优化方法,子学科在优化时只需满足本学科的局部约束,学科层优化目标是使该学科优化设计方案与系统层提供的目标方案差异最小,系统层提供一种协调各个学科优化结果冲突机制,并且所需学科层信息通过神经网络响应面获取.最后将协同优化算法(CO)、并行子空间优化算法(CSSO)、ANNMDO算法应用于齿轮减速箱算例,验证了本文算法的高效性.     

双离合器式自动变速器换档品质评价与优化

从控制的角度出发将双离合器式自动变速器(DCT)换档品质评价指标进行了细分定义。基于MATLAB/Simulink搭建了某DCT样车整车模型。设计了控制品质评价系统。通过整车系统模型与评价系统的联合仿真,确定了控制目标,即各个评价指标的控制期望区间,从而为双离合器式自动变速器控制策略、控制算法提供参考和指导。在换档控制中以换档品质评价等级最高为目标函数,通过遗传算法的多目标优化方法,针对扭矩相、惯性相离合器切换时序的控制策略进行了优化,得到了离合器分离/接合速度的最优解集。基于双离合器式自动变速器整车系统模型和评价系统的仿真平台,给出了换档品质优化前后的仿真结果。整车试验结果表明:换档控制策略和控制算法优化方案是正确的,从而改善了DCT的换档品质。     

Hydraulic Self Servo Swing Cylinder Structure Optimization and Dynamic Characteristics Analysis Based on Genetic Algorithm

The dynamic characteristics of hydraulic self servo swing cylinder were analyzed according to the hydraulic system natural frequency formula. Based on that, a method of the hydraulic self servo swing cylinder structure optimization based on genetic algorithm was proposed in this paper. By analyzing the four parameters that affect the dynamic characteristics, we had to optimize the structure to obtain as larger the Dm(displacement) as possible under the condition with the purpose of improving the dynamic characteristics of hydraulic self servo swing cylinder. So three state equations were established in this paper. The paper analyzed the effect of the four parameters in hydraulic self servo swing cylinder natural frequency equation and used the genetic algorithm to obtain the optimal solution of structure parameters. The model was simulated by substituting the parameters and initial value to the simulink model. Simulation results show that: using self servo hydraulic swing cylinder natural frequency equation to study its dynamic response characteristics is very effective. Compared with no optimization, the overall system dynamic response speed is significantly improved.     

Multi-objective optimization design for leg mechanism of hydraulic-actuated quadruped robot

In order to improve the robot’s abilities of bearing heavy burdens and transporting in complex terrains,the multi-objective optimization design for leg mechanism of the quadruped robot with hydraulic actuated is studied in this paper. The kinematics and dynamics of the robot are analyzed and the two-dimensional linear inverted pendulum model is adopted in planning the trajectories of joints. Then the mathematical model of valve-controlled asymmetric cylinder and control model of single leg are proposed respectively. In the end,NSGA-II algorithm is used to achieve the multi-objective optimization design of parameters concerning single leg mechanism and PD torque control. The results prove that the optimized leg mechanism can significantly reduce the required maximum power of hydraulic system,thus decrease its own weight and lead to the obtaining of good dynamic performance.     

基于ADAMS的反铲工作装置优化设计研究

利用ADAMS软件中的参数化建模与分析功能,建立并校核WZ30-25挖掘装载机的挖掘工作装置参数化模型。以挖掘作业过程中,工作油缸力最大值最小化和控制液压油缸行程为优化目标,将挖掘工作装置分为铲斗机构、斗杆机构和动臂机构三部分依次优化,对挖掘工作装置机构的各铰接点位置进行了优化设计。     

卫星系统总体方案树合成技术研究

针对卫星数字化设计系统中分系统之间的耦合问题,分析了两种不同的分系统建模方式,研究了相应的系统总体方案合成技术,提出了针对并行和串行结构的建模方式对应的系统方案合成和校验算法,进行了合成方案的可行性分析,将总体方案树中出现的大量可能方案减少到少量的可行方案。研究表明,采用并行与串行结合的分系统建模、分系统版本验证可以降低数字化建模的难度,大量淘汰非可行总体方案,从而极大地减少了系统总体方案分析的工作量,提高卫星总体多学科设计优化能力。     

基于iSIGHT的薄壁方管抗撞性尺寸优化

针对薄壁方管的抗撞性尺寸优化问题,利用多学科设计优化软件iSIGHT集成HyperMesh和ANSYS／LSYNA,建立优化设计仿真流程及平台,运用拉丁方方法进行DOE分析与优化设计研究．在此基础上,建立Kriging近似模型,以比吸能最优为优化目标,采用多岛遗传算法对建立的近似模型进行优化,并在优化的过程中生成新的设计点更新近似模型,提高模型精度．优化计算过程表明,上述方法提高了优化设计的效率,最终优化结果不仅满足结构吸能的要求,也满足轻量化的要求．     

液压缸式收送料机构的设计与分析

介绍了自动化生产线中的液压缸式收送料机构设计,包括机械系统的动力学建模、分析和液压系统的设计计算.给出FORTRAN软件计算程序的流程图,计算了等效质量、惯性阻力系数、传动机构的效率和速比、油缸的工作推力.给出收送料构件的位移、速度变化规律.提出液压缸式收送料机构的机械系统与液压系统的整体设计,程序分析结果与试验结果基本符合.所设计的液压缸式收送料机构执行动作准确,运动平稳.     

蜗杆传动的多目标模糊优化及Matlab算法实现

将多目标模糊优化设计应用于普通圆柱蜗杆传动设计.以普通圆柱蜗杆传动的蜗杆头数、模数、直径系数为设计变量,以蜗轮齿冠体积最小,蜗杆刚度最大,即蜗杆轴的挠曲量最小为目标函数,建立了蜗杆传动多目标模糊优化的数学模型和求解优化问题的基本思路及方法.应用Matlab优化工具箱实现多目标模糊优化的算法,编写了实现蜗杆传动多目标模糊优化程序,得出最优解,与原设计方案相比,体积下降36.72%,蜗杆轴挠度下降了84.48%,显著提高了传动刚度.     

基于响应面与遗传算法的液力透平叶轮优化设计

建立了基于试验设计、响应面近似和遗传算法优化的液力透平叶轮优化设计方法。通过ANSYS CFX数值模拟得到其外特性,原始模型数值计算结果与试验结果外特性吻合较好。以设计工况下的水力效率和扬程为目标函数,利用响应面方法(RSM)分别得到设计参数与目标函数之间的显式表达式,采用NSGA-Ⅱ遗传算法得到最优叶轮参数组合。优化后水力模型效率提高3.2%。结果表明,响应面方法与NSGA-Ⅱ遗传算法相结合的优化方法适用于液力透平叶轮的优化设计。     

AMT混合动力系统驱动模式能量优化控制

在AMT混合动力系统转矩优化分配算法的基础上,提出了以动力总成系统效率最大化为目标的AMT档位优化控制来优化转速,并通过离线优化求解确定了不同状态(发动机和电机功率、车速、蓄电池SOC)下AMT的最优化档位控制规律和电机最优化转矩。仿真试验结果表明,能量优化控制算法显著改善了整车燃油经济性。     

Dimension collaborative optimization design of a multi-closed-loop space deployable mechanism

This paper presents a new multi-closed-loop space deployable mechanism. The position analysis of the deployable mechanism has been carried out based on the loop constraint equations. Then, under the premise of the given aperture diameter and the range of opening angles, the mathematical model of dimension optimization of the deployable mechanism is established, in which the design variables are bar lengths, and the objective functions include maximizing the expansion ratio and the minimal transmission angle, and minimizing the driven stroke. By the collaborative optimization method, the optimization problem is divided into two levels: a system level which is used to coordinate the inconsistency of the coupling variables in subsystems, and three parallel subsystems which are used to minimize the difference between the optimization scheme of subsystems and the goal of the system level. The dimension parameters of deployable mechanisms can be optimized through the established collaborative optimization model. Simulation results show that the deployment process is smooth without the dead points when the expansion ratio, the driven stroke and the minimum transmission angle are 15∶1, 198mm and 22°, respectively.     

多态模块化自动变速器换挡过程仿真与试验

为实现一种新式模块化变速器试验样机的自动换挡功能,设计了样机配套换挡液压系统,并对换挡过程进行仿真建模.基于刚体动力学原理对二挡模块样机进行分析,并利用MATLAB/Simulink建立包括传动系和液压缸的整体仿真模型.利用溢流调压控制,设计一套简化换挡液压系统.以输出轴扭矩变化率和输入轴最低转速作为评价指标,研究充油流量、复位弹簧预紧量等参数对该新型结构样机换挡品质的影响规律.用换挡试验验证了模型和样机换挡可信度.结果表明,充油流量决定零件运动速度和液压缸内压力上升速度,影响换挡速度和换挡制动时间.增大流量可有效消除换挡制动,但会引起冲击增加;使用较小的弹簧预紧量可以减小换挡冲击.     

Design and dynamic simulation of hydraulic system of a new automatic transmission

A new hydraulic system of a novel automatic transmission (AT) was designed. The dimension and structure of valves and cylinders were designed by theoretical calculation. The dynamic simulation model of hydraulic system of AT was established by ITI-SimulationX. Simulation results and theoretical design results were compared to confirm the simulation model. Based on the confirmed simulation model, the simulation results of pressure and flow of the hydraulic system were analyzed. The dynamic simulation method is very helpful for designing and analyzing the performance of hydraulic system and further optimization design. The theoretical design method and dynamic simulation model are feasible for the real industrial applications. The research results can be used in hydraulic system design and optimization. Foundation item: Project(911901204) supported by Youth Innovation Foundation of Beijing University of Aeronautics and Astronautics     

QY200型液压支架立柱优化设计分析

在采煤过程中,液压支架作为煤矿开采的支护设备,其强度性能决定煤矿开采的安全指数。前期研究表明液压支架的应力主要集中在柱窝处,其应力大小和立柱的结构有关,在此前提下,针对QY200型液压支架的立柱结构进行优化。在不改变柱窝直径大小的前提下,对立柱的结构尺寸进行优化设计,优化试验采用正交试验设计法,将液压支架整体应力接近最小作为优化目标。优化结果表明,液压支架最大等效应力随活柱长度的增加成增长趋势,为保证液压支架能够更稳定地工作,活柱长度越小越好,而大缸外径和大缸长度越大越好。该优化方法能够减小试验次数,提高设计效率。     

利用三参数自动换挡策略的轮式装载机传动系建模与遗传算法优化

将液压系统负载的分流系数作为动态参数引入换挡策略,提出了以油门开度、车速、液压系统负载分流系数为控制参数的装载机三参数自动换挡策略,避免了传统换挡策略将液压系统负载作为常值而产生的不良换挡行为。建立了传动系动力学仿真模型,通过分析油耗特性和传动系载荷信号验证了仿真模型的合理性。在此基础上构建了基于遗传算法的传动性能优化模型,结果表明:利用本文建立的仿真模型和三参数换挡曲面得到的优化解可以使传动系在满足动力性能要求的情况下燃油消耗更低。     

电动公交汽车机械自动变速（AMT）过程控制

进行了三挡电动公交汽车驱动系统构成分析,完成机械自动变速（Automated Manual Transmission,AMT）选换挡机构开发及变速控制单元（Transmission Control Unit,TCU）搭建;对电动公交汽车主驱动电机进行建模与仿真,研究主驱动电机在换挡过程中的控制策略;在建立的机械自动变速AMT系统中,通过数据采集系统,对整车道路测试数据进行采集.整车道路测试数据经统计分析表明,所开发的三挡机械自动变速系统平均换挡时间为1.86 s,换挡冲击度值介于±35 m/s³之间,符合乘用舒适度要求,验证了所开发系统选换过程挡控制的可行性.     

驱动复合连杆机构滚动的液压控制系统特性

针对曲轴连杆机械式滚切剪机构复杂、设备质量大、造价高等问题,研制出液压缸驱动PR-8R-PRⅡ级杆组的复合连杆剪切机构.通过建立复合连杆机构的位置环方程、力矩平衡方程,求解出构件的轨迹曲线及液压缸的位移、双腔平衡力参数及液压控制系统的传递函数.理论与实测结果表明:液压伺服控制系统模型满足了连杆机构复演滚动轨迹的特性要求;该机构构型设计及机构学综合分析数据正确可行,液压伺服控制系统具有较强的鲁棒性和自适应能力,可在复杂恶劣工况下实现较高的位置控制精度,采用非对称阀控制非对称缸的方法能有效解决剪切机构驱动液压缸的换向冲击问题.     

液压缸壁厚与法兰最优过渡圆弧半径相关性研究

针对液压缸结构中应力集中部位设计过程中,常常依据设计者的经验设计而无法进行精确的结构优化问题进行了研究.对给定的缸体典型结构采用有限元分析方法进行了应力分析,得到壁厚与法兰过渡部位为应力集中部位,通过选取壁厚对应多种法兰过渡圆角半径,对比应力分布状况,最终给出了模型不同缸体壁厚与法兰最优圆弧半径间的对应数值,对这类结构下的优化设计提供了有力的依据.     

盾构管片拼装机举升机构优化设计

分析了管片拼装机垂直升降油缸举升机构和平行四边形举升机构的异同,得出采用平行四边形举升机构在空间的布置以及结构性能方面都优于采用垂直升降油缸举升机构。通过对管片拼装机的平行四边形举升机构进行建模分析,并采用MATLAB优化工具箱对平行四边形举升机构进行优化设计,对比优化前后液压油缸受力曲线,得出优化后的液压油缸受力明显小于优化前。