基于自由度分析的耦合几何约束求解

针对目前的CAD软件不能求解复杂耦合几何约束的问题,提出一种基于自由度分析的耦合几何约束求解方法.通过添加部分约束,将这些约束的值作为迭代变量,再对复杂约束耦合问题进行约束聚合;将没有被用到的约束作为迭代的目标函数进行计算,大大减少了传统方法中解决复杂约束耦合问题所需要的变量数,提高了计算过程的稳定性.在最坏情况下,对不同数量的聚合体构成的复杂约束耦合模式所需要添加的变量数进行了讨论,从原理上成功地解决了复杂耦合几何约束问题.该方法可以用复杂聚合模式作为几何设计的基本元素,较好地解决了二维几何约束求解问题.     

基于自由度分析的几何约束凝聚计算方法的改进

采用基于自由度分析的方法,对几何约束问题进行求解,就是用一定的模式在图形的GCG图中,进行不断匹配、求解的过程。对最常用到的几种模式的凝聚计算方法进行了改进,特别是提出可以对非构造性凝聚模式添加部分约束,这些约束的值将作为迭代变量,对约束耦合问题进行约束凝聚,凝聚过程结束后,没有用到的约束作为迭代的目标函数,进行迭代计算,大大减少了解决复杂约束耦合问题所需要的变量数,提高了计算过程的稳定性和计算速度。     

几何约束求解的简化迭代算法

针对几何约束系统图分解中复合顶点的求解问题,提出复合顶点的图分解算法和等价自由变量的简化迭代求解算法.通过去除复合顶点部分边界约束对复合顶点进行图分解,对求解序列中的欠约束顶点添加等价自由变量、以等价自由变量的部分迭代求解、替代系统的整体数值求解,以提高求解效率和稳定性.该算法具有很强的通用性,并在实际应用中得到验证.     

二维参数化绘图快速求解研究与实践

本文采用数值方法对几何约束系统进行求解，针对数值迭代中存在的时间花费与稳定性问题，提出了一套有效的解决方法，该方法包含了几何结束的表达，结束有效性检查，约束的分解等多种约束操作技术。此外，根据设计结果的多样性，采用最小二乘技术，使受约束图形的求解可在不完备约束下进行。     

三维装配几何约束闭环系统的递归分解方法

由于现有几何约束分解方法无法分解三维装配几何约束闭环系统,故常采用数值迭代方法对其进行求解,但存在效率低、稳定性差等问题.为此,通过分析几何约束闭环图的拓扑结构和串联运动链的结构约束,提出基于串联运动链结构约束等价替换的三维几何约束闭环系统的递归分解方法.该方法通过不断地引入几何约束组合等价替换串联运动链的结构约束,从几何约束闭环系统中分离出可独立求解的子系统,实现几何约束闭环系统的递归分解.该方法可将此前许多必须整体迭代求解的三维几何约束闭环系统分解为一系列可解析求解的2个刚体之间的几何约束系统,明显提高了约束求解的效率和稳定性.最后用实例验证了方法的正确性和有效性.     

数值与符号的耦合约束求解模型

采用约束关系依赖图(CRDG)表达耦合约束之间的依赖关系,从而建立数值与符号耦合约束模型.提出耦合约束的求解算法:对CRDG进行最小独立子图分解,对存在耦合约束的子图用"孪生变量法"进行一阶解耦,对没有耦合约束的子图用传统方法进行独立求解,求解之后再对孪生变量进行等效性验算.该耦合约束模型及其求解算法拓展了传统约束理论,实现了教学求解和推理求解有机地结合.     

面向欠约束几何系统的一种同伦求解方法

针对几何约束系统的数值求解过程中，经常发生的数值不稳定性问题，构造了一种面向欠约束系统的同伦方法，并将其与现有的求解与分解方法有机地结合起来，提出了一种牛顿－同伦混合方法，在牛顿迭代失败的位置自动调用欠约束同伦法，既提高了几何约束求解器的效率，同时又保证了求解的效率。     

求解三维装配约束闭环的投影变换方法

为避免直接迭代求解三维装配约束闭环带来的复杂非线性方程组,提出一种投影变换方法求解三维装配设计中的平面约束闭环问题.首先采用等价性分析方法消除伪装配约束闭环,运用无向图块分算法分解装配约束图;然后采用旋量理论将装配约束闭环子图转换为运动副约束图,通过分析运动副的特征参数确定可投影的装配约束闭环,并将其投影变换为二维几何约束系统;最后通过求解二维几何约束系统获得三维装配约束闭环的解.实例结果表明,该方法缩减了迭代求解的规模并降低了约束方程的复杂性,明显地提高了求解的效率和稳定性.     

复杂流程工业系统的优化操作

ＳＱＰ方法在中小规模非线性规划中已成为主流算法,但在求解大规模优化问题时存在Ｈｅｓｓｉａｎ矩阵规模过大,存储、计算困难,以及计算量随不等式约束数量呈指数上升等缺点,简约空间ＳＱＰ法将变量分解为独立变量和非猖变量两部分。优化时只考虑独立变量,从而大大降低了变量维数,减小了Ｈｅｓｓｉａｎ矩阵规模。内点法、修改障碍函数法在求解不等式约束问题时都具有迭代次数几乎不受不等式约束规模影响的特点,因此可以将它们集成入简约空间ＳＱＰ法,使之可以更有效地对大规模优化问题求解。     

D-优化算法实现几何约束问题的重组

当前对几何约束求解普遍使用建设性方法,按照先分解后重组的方式进行求解.但多数情况下这些方法产生非线性方程数量多,计算量大,解决问题较为复杂.此处提出D-优化算法通过将欠约束子问题分离的方法,利用自定义的分离规则,将问题分解为若干单位问题.单位问题规模较小,求解难度较低.实验证明,该优化方法可有效降低问题求解的复杂程度.     

一种并行工程约束分解方法

在并行工程产品开发过程中,往往按照问题的结构特点将较大规模的问题分解成一些子问题,并希望通过求解子问题来获得原问题的解。实际中,分解得到的子问题之间往往不是完全独立的,一般的简单分解方法只能有限地降低求解难度和简化问题规模。如何进一步分解各个子问题间的关系,使各个子问题的设计结果不但满足原问题的总体要求而且还能由此获得优化的总体设计结果是一个重要问题。该文给出了分解的意义,提出了基于约束的优化分解方法。     

基于约束的并行工程产品开发过程规划

本文分析了并行工程产品开发过程中约束的特点，探讨了不同类型约束对产品开发过程规划的不同影响，提出了基于设计约束的过程规划原理推理算法，开发过程活动的划分算法和信息预发布点的选取准则；从整个产品生命周期角度，给出了基于约束的产品开发过程规划的方法和步骤。     

快速判定几何约束奇异性的切面扰动法

针对冗余奇异和分支奇异的判定问题,提出一种新的切面扰动的判定方法.该方法将奇异的雅可比矩阵分为独立构型空间和奇异空间,变量沿独立构型空间的切面扰动,计算更新的雅克比矩阵的秩,依据秩亏的变化可以快速、稳定地判定约束奇异性.该算法克服了残量扰动法的数值迭代、计算量大和不稳定的缺点,并且在参数化特征造型系统InteSolid中得到验证.     

预测控制约束边界效应与解决方法研究

约束预测控制（Constrained model predictive control,CMPC）中,因约束的存在,优化过程中最优控制作用可能会在可行域的边界取值,也就是说会 有一个或多个变量饱和,即约束边界效应. 而过程控制中操纵变量饱和是我们不希望出现的. 对此,首先基于稳态模型,对期望值位于可行域内时最优解必在期望值处达到给出证明;同时证明了期望值在可行域外时最优解可转化为期望值到可行域的投影. 其次,针对变量在动态及稳态过程中饱和的情况提出了改善控制性能的措施——调整目标函数;终端约束的加入,为预测控制系统稳定性提供了保障. 通过对包含约束的连续搅拌釜式反应器（Continuous stirred tank reactor,CSTR）系统进行仿真实验,验证了所提方法的正确性,并说明了对目标函数进行适当调整,可有效改善系统的控制性能.     

三维几何约束系统的等价性分析

针对过约束、完整约束和欠约束三维几何约束系统的求解问题,提出了等价性分析方法.该方法基于三维几何约束系统的内在等价性,充分挖掘几何领域知识,依据拆解约束闭环、缩减约束闭环和析出约束闭环等原则,采用等价约束替换来处理几何约束闭环问题,优化几何约束图的结构,实现几何约束系统的优化分解.最后用多个实例验证了该方法的正确性和有...     

协同设计中定量化约束求解方法

通过对约束满足与约束冲突的分析,提出了约束求解的定量化策略．基于变量不确定性,量化了约束满足程度与约束冲突程度,解决了约束求解过程中的优先权问题;给出了约束变化量及关联函数,为约束求解确立了具体的目标和实施方法,实现了约束求解过程的有序搜索．定量化约束求解策略不仅实现了对约束的有序及有效求解,而且真正地实现了在上游约束求解过程中定量地考虑下游约束求解问题．最后,利用随机仿真技术实现了基于变量不确定性的约束求解策略的验证．     

基于乘性规则的支持向量机

传统的二次规划由于涉及大量的矩阵运算，运算速度慢成为支持向量机的最大缺点．已有的乘性规则仅适于非负二次凸规划问题，推导出了求解支持向量机中混合约束二次凸规划的乘性规则，利用这一乘性规则极大地提高了优化速度．该方法提供了一种直接优化的方法，其所有变量可以并行迭代，乘性规则可以使得二次规划的目标函数单调下降到它的全局最小点．仿真试验结果表明了该算法有效性．     

启发式回溯算法求解约束满足问题

针对一个典型的具有可变取值域的随机约束满足问题,提出了利用度启发式策略和最少约束值启发式策略来选择变量进行赋值的不完备回溯算法。该算法首先通过度启发式来确定待赋值变量的顺序,然后利用最少约束值启发式对选择的变量进行赋值,最后在有限时间内通过回溯得到变量的一组取值。用此算法对由RB模型生成的随机实例进行求解,实验结果表明,与经典的回溯算法相比,该算法具有显著的优越性。在控制参数(即约束紧度)进入相变区域时,该算法能在较短的时间内有效地找到实例的解。     

基于等价类划分的配置求解与解释计算

基于约束的配置模型中会有一些变量之间不存在任何直接或间接的约束关系,这样的变量之间进行约束传播不会互相影响取值.基于配置问题的这一特点,提出了一种等价类划分的思想,用于构造产品模型时的预处理技术,可以有效地将原问题划分为若干子问题,证明了这些子问题可以分别处理.分别采用两种回溯策略对求解效率进行了测试,结果表明能够有效地提高求解效率.最后,等价类划分方法与计算解释的QUICKXPLAIN算法集成计算冲突解释,测试结果表明,经过等价类划分后,同样可以有效地提高计算解释的效率.