基于约束的几何设计系统原理及实现

本文提出了一种基于约束的几何设计系统的基本原理和方法。通过对几何约束系统的最大分解，使整个系统的求解可以通过一系列子系统的求解实现。实践表明，该方法大大缩小了问题求解的规模，提高了求解精度和速度，为参数化设计提供了强有力的手段。     

一种基于图分解的几何约束求解方法

为了提高几何约束求解的效率和鲁棒性 ,对基于图的构造方法进行了改进 ,即加入虚约束进行扩展和过约束问题的一致性判定 ,提出了一种基于图分解的方法 ,用此方法可以处理包括完全约束、过约束和欠约束等多种情况的约束求解问题 ,另外 ,在该方法中还通过引入分解树将约束求解的范围由整体下降到局部 ,使大部分求解过程能够采用几何求解实现 ,提高了求解和后续修改的效率 ,通过实验数据测试证明 ,该方法对于大型约束求解问题可以达到实时处理的效果 ,具有较强的实用性     

改进约束人工蜂群算法及金融应用

为了有效求解约束优化问题，提出一种改进人工蜂群算法。该算法引入Pareto支配准则提高算法探索能力，避免算法早熟。在雇佣蜂阶段，通过识别种群当前状态自适应选取搜索方程与约束处理策略，引导种群快速进入可行区域。在跟随蜂阶段，利用全局最优解引导种群进行搜索，提高算法开发能力。通过对CEC 2006中20个测试函数实验结果分析表明，该算法能够有效求解约束优化问题。进而，将该算法应用于求解投资组合优化问题，通过数值实验说明该算法是求解投资组合优化问题的有效算法，可以用于求解此类金融问题。     

基于特征参数空间的交互约束自动求解方法*

提出了一种新的约束求解方法求解特征交互过程中两个特征形状在空间上发生重叠的约束。这个约束求解器在特征模型的参数空间进行取样的基础之上,利用蒙特卡罗技术来减少样本数据量。该方法不但可以产生一组正确的几何约束,而且提高了效率约束转换的效率。     

一种新的面向参数化绘图的约束管理技术

参数化设计技术是当代ＣＡＤ技术的核心．作为该技术基础的几何约束系统的建模与求解，要求对约束进行方便、有效的管理．为此，本文基于自由度分析、图论、稀疏矩阵及非线性方程等理论，提出了几何约束最大归约理论，实现了几何约束系统的最大分解，并以归约树的形式清晰地表达了系统内在的串、并、耦合机制，并成功地应用于参数化绘图系统中至关重要的约束一致性检查、快速求解等约束管理问题.     

语义特征建模系统中操作局部化的研究

为了提高语义特征建模系统约束求解的效率及系统的整体性能,提出了一种新的操作局部化方法。该方法使用特征语义表示法来描述产品模型中特征的各种信息,改进了细胞元模型对特征元素的管理机制,通过特征的“语义面”将局部特征从模型中有效地分离出来,通过创建临时特征的方法来实现模型的局部约束求解。该策略不仅可以完全满足在复杂模型中直接操作的需要,还可以大大提高系统的性能。实验表明该算法具有更强的适应性和实用性。     

对象族拓扑约束求解的研究

针对当前对象族模型在求解拓扑约束时存在的缺陷,提出一种求解拓扑约束的新方法,这种方法在求解拓扑约束时,把拓扑约束映射为布尔约束满足问题,通过用SAT求解器求解布尔约束来求解拓扑约束。实践证明,该方法不仅直接关联与拓扑约束指定的特征的语义,而且当模型中存在大量相交的特征时也是可行的,提高了拓扑约束求解的效率。     

通讯信息约束下具有全局稳定性的分布式系统预测控制

本文针对一类由状态相互耦合的子系统组成的分布式系统, 提出了一种可以处理输入约束的保证稳定性的非 迭代协调分布式预测控制方法(distributed model predictive control, DMPC). 该方法中, 每个控制器在求解控制率时只与 其它控制器通信一次来满足系统对通信负荷限制; 同时, 通过优化全局性能指标来提高优化性能. 另外, 该方法在优化 问题中加入了一致性约束来限制关联子系统的估计状态与当前时刻更新的状态之间的偏差, 进而保证各子系统优化问 题初始可行时, 后续时刻相继可行. 在此基础上, 通过加入终端约束来保证闭环系统渐进稳定. 该方法能够在使用较少 的通信和计算负荷情况下, 提高系统优化性能. 即使对于强耦合系统同样能够保证优化问题的递推可行性和闭环系统的 渐进稳定性. 仿真结果验证了本文所提出方法的有效性.     

非线性循环不变式的自动生成

提出了一个自动生成非线性循环不变式的算法。循环不变式可以表示成一个带参数的多项式的形式,根据断言的归纳特性,将循环不变式的生成问题转变成一个约束求解问题,这个约束求解问题的每个解对应于一个循环不变式,如果约束求解问题仅有零解,则说明不存在该参数多项式形式的循环不变式。该算法在Maple中得到了实现,并通过一些实例说明了该算法的有效性。     

基于雁群启示的粒子群优化算法的几何约束求解

几何约束是约束求解技术中最关键的问题之一.求解一个几何约束问题的最终目的是确定几何图形中每一个几何体的具体坐标位置.几何约束问题可以等价为求解非线性方程组问题.约束问题转化为一个优化问题.本文采用基于雁群启示的粒子群优化算法来求解该问题.该算法受雁群飞行特征启发,一方面将粒子排序,每个粒子跟随其前面那个较优粒子飞行,保持了多样性;另一方面使每个粒子利用更多其他粒子的有用信息,粒子之间的竞争被增强.两个方面的结合将平衡速度和精度之间的矛盾.实验表明,该方法可以提高几何约束求解的效率和收敛性.     

一个基于约束图的参数化设计模型

基于图论的约束求解方法是目前参数化设计的主要方法,此方法已经应用于许多商品化软件中。该文提出了一个基于几何约束图的参数化设计模型,并给出了参数化模型的数据结构和约束求解算法。此算法可以有效地检查系统的过约束和欠约束情况。     

一个基于图基的参数化设计方法

文中提出一个基于图基高层次图素的产品参数化设计方法,对图基及图基骨架的概念和定义作了阐述了,讨论了图基的性质及其分类,提出了一系列图基的构造算子,给出了一个基于图基骨架自组织的算法和信息模型,得出一个利用尺寸的约束树把不 基线素之间的尺寸约束向其中某一图基内部尺寸的约束的转方法。     

基于图的参数化设计方法

参数化系统中约束的表达和约束的求解是两大关键性技术问题。作者提出的基于图的参数化方法是将约束分成拓扑约束和几何约束,并以图结构表达这两类约束,然后对约束网络图进行拓扑排序、分解,以确定求解序列和检测约束一致性,最后按照几何约束网中的约束关系进行“几何参数驱动”,以实现参数化。     

一个基于图基约束集映射的参数化设计模型

文中提出了一个基于图基约束集映射的参数化设计模型 .对图基的概念作了阐述 .提出了一个适合于图基参数化的数据模型和约束集的多元组表示与映射方法 .给出了基于图基实例的约束求解方法和定位算法 ,并对计算方法作了归纳 .在此基础上 ,给出了一个基于图基的一致联动方法 .实践证明 ,基于图基联动的设计方法摆脱了传统的基于点、线、圆、圆弧低层次线素繁琐的交互设计工作 ,提高了 CAD系统的自动化程度 ,使设计人员对产品的设计、维护以及后续分析等过程都具有十分重要的意义 .     

一种欠约束草图求解方法的研究

基于约束的参数化描述及求解是计算机辅助设计研究的一个热点，欠约束图的求解是参数化设计的基本问题，为了提高欠约束草图求解的参数化设计效率，提出了一种基于隐式约束优先级的欠约束草图求解方法，并首先给出了欠约束图求解的一般方法以及欠约束图的基本特征，提出了利用隐式约束去匹配缺少的显式约束；然后将隐式约束按照一定的规则分成不同的优先级，再利用优先级高的隐式约束去匹配变动约束图中的欠约束，直到完成约束图的有向化；最后，探讨了无尺寸约束图有向化过程中的基本特点，并给出了无尺寸约束图的求解算法和应用实例。实例应用结果表明，效果较好。     

基于约束的参数化设计与建库工具研究

本文提出了基于约束的参数化设计与建库工具的研究思想及实现方法，较为详细地讨论了图形的几何约束信息、结构约束信息，并且研究了图形结构约束与尺寸约束的自动识别、驱动求解等关键技术，采用了双向十字链表存储尺寸链稀疏矩阵并解决了其双向遍历问题，实现了复杂图形的完全参数化尺寸驱动以及多视图的联动，并对约束检测及约束修改提出了合理有效的方法。该方法为产品修改、仿型设计和变量化动态仿真设计提供了有效手段，特别是为系列化产品设计提供了一理想的参数化建库工具。     

混合式几何约束满足的研究

几何约束系统可以分为陈述式和构造式两类。为了使基于约束的设计更加符合使用要求,参数化CAD系统需要综合满足两类约束。文中研究了三维情况下和构造统一的约束满足策略,通过引入形状自由度的概念,将形状变化和集团变化统一处理。约束系统采用约束图来表示,各个子系统之间的层次结构利用约束层次树来表示。采用剪枝和凝聚相结合的策略实现了欠约束和完备约束系统的分解,使用解析法和数值法对约束进行求解。该策略已经在参数化CAD系统GEMS5．0的二维和三维上实现。     

Robust optimal parametric LQ control with a guaranteed cost bound and applications

For an optimal parametric linear quadratic (LQ) control problem, a design objective is to determine a controller of constrained structure such that the closed-loop system is asymptotically stable and an associated performance measure is optimized. In the presence of system uncertainty, the system via a parametric LQ design is further required to be robust in terms of maintaining the closed-loop stability with a guaranteed cost bound. This problem is referred to as ‘robust optimal parametric LQ control with a guaranteed cost bound’ and is addressed in this work. A new design method is proposed to find an optimal controller for simultaneously guaranteeing robust stability and performance over a specified range of parameter variations. The results presented generalize some previous work in this area. A versatile numerical algorithm is also given for computing the robust optimal gains. The usefulness of the design method is demonstrated by numerical examples and a design of the robust control of a VTOL helicopter.     

Step-size sequence design for finite-time average consensus in secure wireless sensor networks

This paper concerns the study of average consensus in wireless sensor networks with aim of providing a way to reach consensus in a finite number of steps. In particular, we investigate the design of consensus protocols when, for security reasons for instance, the underlying graph is constrained to be strongly regular or distance regular. The proposed design method is based on parameters of the intersection array characterizing the underlying graph. With this protocol, at execution time, average consensus is achieved in a number of steps equal to the diameter of the graph, i.e. the smallest possible number of steps to achieve consensus.     

三维服装CAD中几何约束表达及其求解技术研究

从人体及服装的特点出发,提出三维服装几何元素的概念．采用样条曲线作为基本几何元素,归纳出服装的三种约束关系,即共点、对称和自对称关系;成为约束关系形成的基础．以三种约束关系为基础,建立了面向服装的几何约束图,有效地表达了三维服装几何元素及其相互关系;实现了一种基于约束图的约束求解方法。从而完成了构造服装及对服装的交互参数化修改,文中给出了应用实例,并将参数化方法向高层次图素如样条曲线、曲面作了推广,成功地应用于以样条曲线为几何元素的参数化服装CAD系统中,运行效果良好。