基于响应面法和遗传算法的多自由度微陀螺性能优化

为了兼顾微陀螺的灵敏度和带宽,实现其性能优化,将特征提取、响应面法与遗传算法相结合,提出了一种基于灵敏度和带宽最优化的优化设计方法。该方法基于特征提取确定设计变量及约束条件。通过BBD(Box-Behnken Design)方法采样,结合最小二乘法构建微陀螺灵敏度和带宽的响应面近似模型,运用多目标遗传算法对响应面模型进行优化。通过计算Pareto前沿最优解获得一系列优化方案,可同时将灵敏度和带宽分别提升19%和12%,也可在灵敏度不变的前提将带宽拓展78%,可根据实际需要选择不同的优化方案。对原设计和优化方案进行仿真对比,验证了优化设计结果的正确性。采用该方法对多自由度微陀螺的性能进行分析和优化,能在大大提高优化效率的同时有效提高灵敏度与带宽,为微陀螺的优化设计提供一种新思路。     

基于近似模型的y轴微机械陀螺系统级优化

提出一种基于近似模型的MEMS系统级优化方法,给出具体实现流程,并结合一个y轴微机械陀螺进行优化。该方法解决了如何得到近似优化目标函数表达式的关键问题。所得的y轴微机械陀螺优化参数,使得陀螺驱动模态谐振频率fx和检测模态谐振频率fz分别为3 074 Hz和2 998 Hz,两者之间相差7 6 Hz,较好的实现了模态匹配,且都在3 000 Hz的设计要求附近,约束条件也得到了满足。该优化方法为在MEMS设计中快速获得系统级优化方案提供较好参考。     

多学科设计优化方法与传统设计优化方法的比较研究

多学科优化设计也是在传统设计优化基础上重要的质的发展。它是设计方法、传统机械设计知识、过程设计知识、现代信息技术交叉集成的大系统方法。多学科设计优化技术 以提高产品性能、缩短设计周期和降低研制成本为目的。本文将多学科优化设计与传统优化设计进行对比,并以实例分别进行多学科设计优化和传统优化设计,证明了多学 科优化设计的可行性和高效性.     

基于惯性/地磁组合技术的全自动陀螺经纬仪的研制

陀螺经纬仪寻北自动化的研究是目前国内的热点问题。以JT-15陀螺仪为样机,探索了实现陀螺经纬仪智能化及全自动化的关键技术。设计了陀螺经纬仪数字化测量子系统、电子罗盘自动初寻北子系统、陀螺灵敏部自动升降子系统和基于DSP及CPLD的控制子系统。各子系统通过总体软件系统控制,协调工作,实现了陀螺经纬仪寻北的全自动运行。在实验室环境下进行的寻北实验表明,仪器寻北测量时间为11 min时,寻北精度优于8″;测量时间为4 min时,寻北精度优于20″。该全自动寻北系统大大降低了机械陀螺寻北的操作难度,有效的提高了寻北效率,为我国机械陀螺寻北技术的提升做出了自己的贡献。     

多学科目标兼容优化算法及在MEMS中应用

针对复杂系统的优化设计问题,提出了面向非层级复杂系统的多学科目标兼容优化设计方法,对其基本思路、原理进行阐述。通过在系统级中建立兼容约束和在子系统中构造兼容目标,使各子系统在独立优化设计的同时满足各系统之间的耦合关系,并使系统得到总体的最优解。并将此算法应用于梳齿式微加速度计的设计中,验证了此方法的可行性。     

陀螺经纬仪全自动化关键技术的研究

基于传统悬挂式机械转子陀螺仪,探索了实现陀螺经纬仪全自动化与智能化的关键技术.设计了陀螺经纬仪数字化采集子系统、电子罗盘自动粗寻北子系统、陀螺灵敏部自动升降子系统以及基于MSP430与CPLD的智能控制系统.各子系统通过总控制系统协调工作,实现了陀螺经纬仪寻北的全自动运行.大量寻北实验表明:该系统有效可靠,陀螺运行平稳,重复测量精度达到了8"以内.该寻北系统大大降低了陀螺仪寻北的操作难度,有效地提高了寻北效率和测量精度,为实现陀螺经纬仪全自动化和智能化奠定了基础.     

基于遗传算法的临近空间飞艇多学科优化设计

临近空间飞艇设计中,确定系统总体参数、给出优化的艇体外形十分关键,针对传统设计方法,为改进其中串行设计的不足,提出了并行多学科优化设计方法;并基于遗传算法开展了飞艇外形优化设计方法研究,结合气动、结构、强度进行了一体化优化。仿真结果表明利用遗传算法开展飞艇多学科优化是可行的,另外在进行设计时,不能仅将减阻作为研究重点,还应全面考虑结构重量、强度等其它因素。     

基于目标分解方法的复杂系统优化设计

解析目标分解方法(Analytical Target Cascading,ATC)是一种新型的处理复杂产品及工程设计问题的系统化方法.通过构建层次化的多级优化设计架构,将系统级的设计目标依次分解至相应的子系统层和零部件层.每层的优化设计问题是最小化分解得到的设计目标的偏差问题,并以此实现系统之间的兼容,从而保证系统设计的一致性和高效性.采用Isight优化软件构建ATC的多学科优化设计仿真平台,分别以数值优化案例和工程设计案例充分说明ATC的有效性.     

虚拟陀螺技术研究

提出了一种基于阵列数据融合的虚拟陀螺技术来提高微机械陀螺的精度.其将多个同类型的陀螺组合形成阵列.采用Allan方差方法提取微机械陀螺的速率随机游走、角度随机游走等噪声,并利用阵列陀螺间同类噪声的相关性建立卡尔曼滤波器的系统噪声方差阵及量测噪声方差阵,设计实现了静态和动态两种最优滤波器对陀螺的输出进行最优估计.实验结果显示:三个偏置稳定性为35 deg/hr的微陀螺经静态、动态滤波后,所形成的虚拟陀螺偏置稳定性分别降至0.15 deg/hr和20deg/hr,表明该虚拟陀螺技术可有效提高微机械陀螺的精度.     

微机械陀螺的仿真与优化

微机械陀螺依靠振动模态频率来测量旋转角速度,通常微机械结构的振动模态相当复杂。虽然已有很多文章研究了如何调节驱动模态和敏感模态以获得最大的敏感度,却很少有人分析微机械陀螺的振动模态。振动模态与陀螺结构的设计参数有极大的关系,这些参数包括陀螺检测质量的尺寸、支撑系统的类型和尺寸,以及用以制造陀螺主体的多晶硅的残余应力。研究了一个静电驱动、电容检测、敏感垂直轴角速度的陀螺(也称平面陀螺)。同时,用有限元法分析法对微机械陀螺的结构进行了分析。     

An LMI approach to dencentralized H8 control

We consider the design of a decentralized controller for a linear time invariant (LTI) system. This system is modelled as an interconnection of subsystems. For every subsystem, a linear time invariant controller is sought such that the overall closed loop system is stable and achieves a given H performance level. The main idea is to design every local controller such that the corresponding closed loop subsystem has a certain input-output (dissipative) property. This local property is constrained to be consistent with the overall objective of stability and performance. The local controllers are designed simultaneously, avoiding the traditional iterative process: both objectives (the local one and the global one) are achieved in one shot. Applying this idea leads us to solving the following new problem: given an LTI system, parameterize all the dissipative properties which can be achieved by feedback. The proposed approach leads to solving convex optimization problems that involve linear matrix inequality constraints.     

基于改进PSO算法的嵌套环式微陀螺结构优化设计

摘要：改变嵌套环陀螺的结构设计会引起陀螺性能发生很大的改变,但由于其结构复杂,参数众多,导致陀螺在仿真过程中计算量过大,难以探索陀螺多参数变量对陀螺性能的影响规律,针对这一问题提出了一种基于改进PSO算法的嵌套环陀螺结构优化设计方法。该方法在传统PSO算法寻优的基础上,引入极值扰动来避免算法陷入局部极值,并针对嵌套环陀螺进行了一定的条件约束,解决了多参数在总和固定情况下的优化问题。改进后的优化算法以机械热噪声为目标函数,在波音设计的陀螺模型基础上对其间隙分布进行了优化实验,并与未优化前进行了性能对比,结果表明,改进后的优化算法使嵌套环陀螺性能显著提高,结构优化设计更加高效简洁,适用于嵌套环陀螺进行各种多参数的优化问题。     

A digital smart product service system and a case study of the mining industry: MSPSS

Mining equipment products and services no longer meet the needs of future development in the mining industry due to high safety and operational risk. The deep integration of the product-service system (PSS) and digitization is required in the mining industry to promote industry transformation and safe and efficient production without changing the traditional operation mode. This paper proposes a smart product-service system for the mining industry (MSPSS) consisting of a smart product subsystem, stakeholders, smart service subsystem, and smart decision-making subsystem. The analytic hierarchy process (AHP) and virtual reality (VR) are used for decision-making, product selection, operation, and maintenance. The smart product subsystem outputs reliable digital products using three stages: digital design, virtual simulation and planning, and virtual debugging. The smart service subsystem is driven by data and digital technology and provides fault diagnosis and online maintenance services for complex mining products. A case study indicates that all stakeholders can participate seamlessly in the design process. The smart product subsystem uses iterative optimization (more than 100 iterations) to obtain the design results interactively. The smart service subsystem provides digitalized services throughout the entire process. Thus, a stable, reliable, and comprehensive product and service solution is provided for complex mining conditions. The output is used to guide the design, debugging, and operation of physical equipment. The MSPSS has higher design quality and efficiency, a shorter design time, and lower design cost (key performance indicator (KPI)) than the traditional design method.     

卫星有效载荷的多目标多学科设计优化研究

在卫星有效载荷系统研究中,实施多目标多学科优化的可行性设计。首先,分析了开展卫星有效载荷多学科设计优化的关键技术。建立了包含天线、转发器、数据传输、可靠性、成本和质量的多学科分析模型。然后,应用多目标遗传算法对某卫星有效载荷的可靠性和成本进行多目标设计优化,获得最优解集。最后,运用多学科协同优化结合遗传算法进行可靠性单目标设计优化。研究结果表明:有效载荷的多目标多学科设计优化全面考虑了多个学科之间的关系,设计人员可按需选择其满意的优化结果,大幅提高设计效率;协同优化方法有助于实现学科自治、并行设计,提高设计的灵活性和缩短设计周期。     

Augmented Lagrangian Pattern Search Based Multi‐Agent Model Predictive Control of Rhine‐Meuse Delta

In Large Scale Systems the concept of centrality fails due to the lack of centralized computing capability. The control of such systems has to be performed using multiple control agents. In this case, the matter of interactions among neighboring subsystems needs to be considered. In this paper, a water control system in the Netherlands is studied as a real large scale system. A multi‐agent scheme is applied to control the flow through the system which is decomposed into two interconnected subsystems. Each agent employs a model‐based predictive control (MPC) technique. The model of this large scale system is nonlinear and nonconvex. Therefore, an augmented Lagrangian pattern search optimization algorithm is used to implement multi‐agent MPC for this system. This proposed algorithm is applied by each control agent to solve its own interconnected optimization problem, at each subsystem of whole the water system. Simulation results show the effectiveness of the proposed approach.     

一种具有全局快速寻优的多学科协同优化方法

针对协同优化算法迭代次数多、易收敛于局部极值点问题,提出一种全局快速寻优的协同优化算法。在系统级一致性等式约束中采用改进后松弛因子,改进动态松弛因子使优化设计点快速收敛于极值点,静态松弛因子使优化设计点跳出局部极值点,确保系统目标函数得到全局最优解;子学科目标函数由一致性目标函数和子学科最优目标函数两个部分以不同权重相加组成,考虑一致性的同时,又兼顾子学科独立性。采用减速器优化案例对改进协同优化算法进行验证。仿真结果表明,改进后算法在保证最大约束值较小的前提下,可快速得到全局最优解且鲁棒性好。     

Three-time scale multi-objective optimal PID control with filter design

This paper presents the design of a multi-objective PID (proportional, integral, and derivative) controller in three time scales for a system with load disturbances and sensor noise. The key to this design method is to divide the problem into three time scales by following a singular perturbation approach, which allows for the optimization of fewer parameters in each time scale instead of all the three PID gains at once, hence less computation and design effort. The optimization objectives are the minimization of the overshoot and peak time and the maximization of the closed-loop system's ability to reject noise and load disturbances. The impact of the integral action and filter on the optimal results is investigated by tuning the singular perturbation parameters. The obtained results show that the performance of the closed-loop system recovers the optimal solution, which is based on the fast subsystem, as the singular perturbation parameters get sufficiently small.     

基于GCC的VLIW编译系统研究

VLIW机器在单个机器周期中同时发射并执行多个的并行操作,从而获得较高的指令级并行度,这些操作之间的依赖分析和调度工作则被完全交给相应的编译器执行,因此VLIW的并行性能能否充分发挥取决于VLIW体系结构相关编译器的质量。GNU开发的GCC是被最广泛使用的编译系统之一,它具有多语言、多平台支持的能力和开放的结构,能够运用各种成熟的常规编译优化技术生成高效的代码。文章分析了VLIW及GCC的结构特点,提出了一种基于GCC的VLIW编译系统设计方案,利用GCC进行RTL中间代码一级的体系结构无关优化和少量体系结构相关优化,在汇编代码一级针对VLIW结构进行体系结构相关的优化,从而充分利用GCC的成熟编译技术快速开发高效的VLIW多语言编译系统。