飞航导弹基于响应面近似技术的并行子空间优化设计

分析了基于响应面近似模型的并行子空间方法CSSO／RSA的执行步骤和特点，并介绍了逐步逼近响应面近似模型的构建方法。给出了包含气动、弹道、发动机3个耦合学科的整体式冲压发动机飞航导弹的学科分析模型和系统优化模型，分别采用CSSO／RSA方法和单级多学科优化方法对飞航导弹进行优化设计。结果表明CSSO／RSA方法的性能要优于单级多学科优化方法。     

基于高拟真度模型的再入飞行器多学科优化

针对新型飞行器子学科高度集成、学科间强烈耦合的设计特点,提出了一套基于高拟真度学科分析模型的高超声速飞行器多学科建模、集成和求解方法。采用依托CAD造型的参数化主模型架构技术进行几何特征建模,为气动、结构、气动热、质量等学科分析模型构建提供基准支持;在此基础上研究了CAD、CAE等高拟真度学科分析模型在多学科设计优化中的集成应用方法,并以高超声速无动力滑翔再入飞行器为对象建立了支持高拟真度模型的多学科优化系统构架;最后采用响应面与梯度算法组合的搜索方式实现了再入飞行器的多学科优化。     

基于超球近似子空间的协同优化方法及应用研究

针对协同优化的计算结构及计算困难，提出了学科间不一致信息概念，并据此形成系统级优化的超球设计空间。有效地解决了原始系统级优化问题不满足Kuhn-Tucker条件造成的计算困难．并克服了已有梯度方法计算易发散、响应面方法计算量大的缺点。利用中提出的方法对一齿轮减速箱进行了设计，实现了并行设计的目的，设计结果表明了本方法的有效性。     

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.     

响应面模型在艇型多目标优化中的应用

针对潜器的艇型优化,研究了试验设计、响应面模型技术和多目标优化算法.选择了决定回转体艇型的6个参数,将阻力数值计算结果进行数据回归,建立阻力、体积与型值的二阶多项式响应面模型.然后将阻力最小与体积最大作为回转体艇型优化的两个目标,研究了多目标遗传算法,并给出了 Pareto 最优解集.结果表明,在艇型优化过程中采用近似...     

基于响应面和遗传算法的翼型优化设计方法研究

文章针对气动优化设计中高效率和高精度的矛盾,综合响应面方法和遗传算法的优点和不足,采用多项式响应面模型代替原始遗传算法中计算量庞大的目标特性分析模型,建立了多项式响应面模型和遗传算法相结合的翼型优化设计方法,在采用N-S方程进行气动求解达到较高的精度情况下,求解次数显著减少,优化效率大大提高。研究了设计变量对优化设计效率的影响,文中方法在较少设计变量、较少N-S方程求解次数情况下,即可得到满意的优化设计结果。设计区间对响应面模型精度的影响显著,合适的设计区间既可保证模型精度,减少响应面预测结果和CFD计算结果的偏差,又可获得最佳优化结果。文中方法适用于翼型的单设计点和多设计点优化设计问题,具有原理简单、适应面宽、快速易行,且精度高等特点,可广泛应用于工程设计问题中。     

基于参数化的水下航行器外形稳健性优化

为提高设计方案的稳健性和设计效率,本文将参数化设计和稳健性引入到某型水下航行器外形设计中。在设计了水下航行器阻力参数化分析流程的基础上,采用最优拉丁超立方法选取样本点进行阻力计算,利用响应面模型对样本点进行拟合,得到精度满足工程需要的艇体阻力近似模型。建立了水下航行器外形多目标优化模型,采用NSGA-Ⅲ多目标优化算法进行确定性多目标优化求解。在考虑了外形设计过程中典型制造误差的基础上,开展外形稳健性优化求解。结果表明:稳健性优化与确定性优化相比,艇体阻力上升了12.34%,总包络体体积增加了51.98%,提高了水下航行器的稳健性。     

飞机概念设计的多学科综合优化技术

将均匀设计与二次响应面相结合，发展了一种高效实用的飞机多学科设计的并行子空间优化算法。采用均匀设计给出初始样本点，为近似模型提供有效的精确模型信息，简单实用的二次响应面作为一种在计算量和精确度上达到合理折衷的近似方法为系统级和学科级的优化模型提供状态变量的近似信息。将该方法用于某通用航空飞机的概念设计，考虑气动、重量和性能3个学科，很好地解决了各学科间复杂耦合带来的计算困难，证实了该算法的有效性。     

载人潜水器舱室空间舒适性复合评估方法

为改善载人潜水器舱室空间舒适性,针对深海载人潜水器强约束条件下舱室空间舒适性特征,提出基于虚拟仿真技术的舱室可视化空间舒适性多源复合评估方法.该方法以虚拟仿真技术为基础,将载人潜水器舱室空间三维数字化数据与潜航员人体数据相结合,构建数字化虚拟仿真模型;以快速相应与评估为标准,将人体舒适性进行分区,并对载人潜水器空间与功能特征进行系统的分析,依托人体生理学特征获取人体舒适性区域特征及空间约束映射,建立7项评估指标;结合6项人因评估工具构建舒适性多源复合评估模型,采用虚拟仿真技术开发空间舒适性可视化评估系统,并通过某型载人潜水器舱室空间优化设计,对舒适性多源复合评估方法和可视化评估原型系统进行可行性验证.研究表明,不同的任务作业姿态严重影响人体舒适性评估的准确性,狭小的舱室空间及舱内设备的布局进一步增大了作业姿态评估的难度.采用空间舒适性复合评估方法能够准确的描述多种姿态下空间舒适性程度,同时多源和可视化的技术特点在一定程度上提升了空间设计方案评估效率以及评估结果的可读性.     

基于多目标优化克隆算法的巡检机器人导航误差概率分析系统

为解决传统方法存在的计算精度低、概率分析准确率低和效率低的问题,设计了基于多目标优化克隆算法的巡检机器人导航误差概率分析系统。该系统整体框架由网络通信部分、数据处理与误差概率分析部分和环境感知部分构成。设计嵌入式数据处理板和网络通信结构,建立巡检机器人导航误差概率分析模型,采用多目标优化克隆算法对模型进行求解,实现巡检机器人导航误差概率的分析。实验结果表明,该系统的计算精度、误差概率分析准确率和效率均较高。     

混合神经网络匹配响应面的多学科设计方法

为提高多学科设计方法的求解性能,构建了混合神经网络匹配响应面的多学科优化设计方法．将BP网络以及ART网络的优点相结合,为充分利用学科级优化时获得的目标结果样本自适应地改变传统固有的响应面结构,从而提高了响应面的精度,减少了学科级优化迭代的次数,进而提高了整个多学科优化方法的求解效率．通过具体的优化实例验证了该方法,以获得优化解的精度、优化解的平均迭代次数以及整个迭代占用的时间作对比,结果表明混合神经网络匹配响应面的多学科设计方法既能提高优化解的精度,又能提高算法的求解效率．     

拼焊板成形过程控制参数优化设计

为解决拼焊板（TWB）成形数值模拟中的强非线性问题并消除计算噪声效应，提出了一种基于近似优化技术的最佳成形过程参数求解方法.采用响应面方法（RSM）构造每次优化迭代的目标和约束逼近曲面，逐次迭代收敛得到全局最优解.借助空间映射（SM）技术的代理模型求解响应面和相关优梯度，利用一个精细模型为下一优化迭代修正设计点.选取拉延筋成形阻力和压边力控制参数为设计变量，选取成形极限图（FLD）标准为约束条件，建立最小化焊缝偏移量为目标函数的优化模型.优化计算结果表明，该方法能有效求解拼焊板成形过程参数，使焊缝有害偏移量减少75%以上.     

混合元模型自适应空间探索优化方法及应用

为了提高翼身融合水下滑翔机等复杂工程系统的设计质量与优化效率,本文提出一种混合元模型自适应空间探索优化方法。通过增强随机进化算法选取初始样本点,构造3种经典单一元模型:多项式响应面模型、径向基函数模型和克里金模型。使用基于预测均方根误差权重因子优化方法计算获得各元模型权系数,通过加权叠加构建混合元模型。采用自适应空间探索方法根据已知信息确定有效的设计子空间,并在其内部选取新增样本点,逐步提高混合元模型在感兴趣区域的预测精度,直至优化收敛。将提出的方法应用于标准优化函数和翼身融合水下滑翔机外形设计优化实例,试验对比结果验证了该方法在优化效率和全局收敛性方面的优势。     

基于禁忌搜索的启发式求解背包问题算法

设计了一种基于禁忌搜索的遗传算法,利用遗传算法提供的并行搜索主框架,结合禁忌算法的个体串行搜索方式,能扩大搜索空间,快速实现全局优化。把基于禁忌搜索的遗传算法与启发式方法相结合用来求解背包问题,经过计算机仿真,其优化性能指标及搜索效率均有大幅度的提高。     

基于响应面方法的结构耐撞性优化

为了提高结构耐撞性优化的求解效率,采用响应面方法将结构碰撞的响应表示为设计变量的显式函数,构造了2种优化模型．一种是将刚体加速度和侵入变形分别拟合为椭圆和线性响应面;另一种是将刚体加速度和侵入变形均拟合为椭圆响应面．用IS-dyna软件为结构碰撞分析的求解器,采用Matlab优化工具箱进行优化模型的求解,实现了结构耐撞性优化程序．数值算例表明,基于响应面方法的2种优化模型都能高效地解决结构耐撞性优化问题．     

基于蚁群算法的交通控制降阶滚动优化

为解决大规模区域交通控制滚动优化问题中的约束条件复杂、解空间规模庞大的最优化难题，提出了一种基于改进蚁群算法的降阶滚动优化算法.基于宏观交通流模型建立了区域交通控制滚动优化模型，在蚁群算法中设计了层状解构造图对该模型解空间进行描述和求解.运用降阶方法将大规模区域分解成一系列子区域，在蚁群算法中设计了复合层状解构造图对该降阶模型的解空间进行描述和求解，并分析了基于两种解构造图的蚁群算法的计算复杂度.分析和仿真结果表明，该降阶算法提高了整体计算效率，明显地降低了总停车延误时间，适用于大规模区域交通控制的滚动优化.     

结构形状优化响应面方法的改进与应用

为了克服了二维连续体形状优化过程中解析敏度求解困难的问题,利用响应面方法将目标函数和约束函数近似显式化,并建立了位移应力约束下的形状优化序列二次规划模型;为了克服响应面方法不够准确的缺点,将响应面方法进行改造,使其在设计点上取精确值;提出了改良的试验设计方法,达到了以较少的结构分析代价构造约束响应面的目的;通过建立二次评价函数,确定了具有自适应能力的运动极限,形成了具有较少计算量和较高逼近精度的优化策略.算例说明这种策略是有效而稳定的.     

一种基于多层设计空间缩减策略的近似高维优化方法

针对高维昂贵黑箱问题(high-dimensional expensive black-box, HEB)处理过程中工程模型复杂、计算量大的难题,提出一种基于多层设计空间缩减策略的近似高维优化方法(hierarchical design space reduction strategy based approximate high-dimensional optimization method, HSRAHO)。利用3种经典代理模型:多项式响应面模型、径向基函数模型和克里金模型,使用基于预测均方根误差权重因子优化方法计算获得各代理模型权系数,通过加权叠加构建组合代理模型,替代实际高维黑箱模型。使用多层设计空间缩减策略根据已知信息确定设计子空间,并在其内部确定有效样本点,逐步提高组合代理模型在感兴趣区域的预测精度,直至优化收敛。将提出的近似高维优化方法HSRAHO应用于标准优化函数和翼型设计优化问题,测试结果验证了该方法在高维优化效率和全局收敛性方面的优势。     

基于响应面的变复杂度气动分析模型

结合变复杂度和响应面近似建模方法，采用CFD和工程估算气动分析方法，构建了基于响应面校准的变复杂度气动分析模型。以冲压发动机导弹为例，采用拉丁超方取样技术，选取6个CFD计算状态，建立了差值和比值校准响应面，并比较校准后的气动性能与CFD分析。结果显示，基于差值校准响应面的变复杂度方法具有较好的逼近能力和计算效率，适合于飞行器多学科设计优化过程的气动分析。     

载人潜器载人舱出入舱口加强结构优化

针对载人潜器出入舱口加强结构,采用最优拉丁超立方方法进行了样本点的选取,利用有限元分析软件对样本点进行了临界应力和载荷的计算,采用响应面模型对样本点进行了近似,得到了满足工程要求的近似模型,进一步以临界载荷为约束、以载人舱质量和临界应力为目标函数建立了载人舱出入舱口加强结构多目标优化模型,最后针对该多目标优化模型采用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行优化的求解,得到了优化结果,为载人舱出入舱口加强结构设计提供了依据。