具有异构分簇的粒子群优化算法研究

 粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法在复杂多峰函数可行域空间搜索时极易陷入局部极值点.研究表明改变种群拓扑结构和调整算法参数有助于改善种群的多样性,但是目前研究中少有同时考虑种群全局拓扑结构和局部粒子个体能力.本文提出一种具有异构分簇特性的自适应PSO算法.该算法采用K-均值聚类算法对种群进行动态分簇,形成多异构子群,并采用Ring型拓扑结构进行子群间信息流通.而后采用基于寻解水平评价的粒子自适应参数调整策略进行个体调整.通过实验分析表明该算法能够提高粒子群优化的种群的多样性、粒子活性、搜索能力和收敛性能,同时也降低了算法对参数初值的依赖性.     

小推力转移轨道的快速优化设计

针对小推力探测器巡航段的轨迹优化问题,给出了一种基于高斯伪谱法的快速优化方法.首先对小推力转移轨道进行了优化建模,并对模型进行无量纲化处理,以提高优化算法求解精度.然后采用高斯伪谱配点策略将小推力轨道最优设计问题离散成多约束参数优化问题.最后,仿真计算及结果分析表明：高斯伪谱法可有效求解小推力轨道优化问题,具有对初值猜测不敏感、收敛速度快,精度高等优点.     

利用滤波法消除拓扑优化中的棋盘格式

介绍了连续体结构拓扑优化中的棋盘格式现象及其产生的原因,并对目前解决这一问题的各种方法做了分析比较。将滤波法应用于结构拓扑优化中,通过刚度结构和微小柔顺机构拓扑优化计算实例,证明了这一方法的可行性和有效性。     

星敏感器支撑结构多目标拓扑优化设计与试验

针对微小卫星对星敏感器的特殊要求,结合星敏感器特殊的工作性能和环境,采用拓扑方法对星敏感器支撑结构进行多目标优化设计并进行有限元分析和试验。首先,对模态分析和随机振动响应的基本理论进行介绍,推导出多目标拓扑优化的表达公式;其次,以支撑结构的体积最小和星敏感器在支撑结构上的四个安装点RMS值最小为目标,以最低自振频率为约束,建立支撑结构的拓扑优化模型,利用OptiStruct软件对其进行拓扑优化设计;然后利用MSC.PatranNastran有限元分析软件对优化后的支撑结构进行模态分析和随机振动响应分析,得到基频为327 Hz ,安装点RMS值的放大率最大为1.55;最后,对支撑结构进行振动试验,试验结果和有限元分析结果的相对误差最大为6.68%,二者吻合较好,该星敏感器支撑结构满足微小卫星对其性能指标的要求。     

二氧化碳探测仪镜筒结构的多目标优化设计(英文)

为满足镜筒结构高强度、轻量化及良好的热环境适应性的要求,研究了多工况下同时考虑结构刚度和一阶固有频率的多目标优化问题。首先,基于变密度连续体结构拓扑优化方法,采用加权和法和靶向量法定义了多工况下多目标优化函数;然后进行了镜筒的优化设计。整个优化设计包括拓扑优化和厚度优化两部分。在拓扑优化中,以刚度和频率最大为目标函数,得到了满足要求的镜筒结构材料的最佳分布,并以此为依据,完成了镜筒结构的三维建模;以拓扑优化所得结构的柔度值和一阶频率为约束,质量最小为目标函数,对镜筒结构各厚度进行了优化。优化设计结果表明,镜筒质量由18.63 kg减少至12.46 kg;重力作用下最大变形由0.013 mm减少至0.001 9 mm;热载荷作用下最大变形由0.098 mm减少至0.062 mm;一阶固有频率从65.6 Hz提高至189.83 Hz。该优化设计方法有效缩短了设计周期,提高了镜筒结构的性能,满足了系统设计要求。     

复合材料结构与表面压电材料动态布局优化

针对简谐激励作用下的复合材料结构,通过优化结构的铺层、纤维铺设角度和铺层材料及优化结构表面压电材料的分布,实现了最小化结构振动响应。将压电材料的压电效应等效为压电感应力作用。应用离散材料优化(DMO)法对压电复合材料结构进行建模,以结构局部位移响应为优化目标函数,给定质量约束,建立优化问题模型,并使用移动渐近线法(MMA)求解优化问题。数值算例结果表明,该优化设计的振动响应明显小于初始设计的振动响应,说明该优化方法的有效性。     

空间稳像系统摆镜的一种新型拓扑优化方法

针对于空间稳像系统摆镜的面型精度保持问题,实现摆镜的轻量化设计,在直径110 mm圆平面反射镜的设计过程中将机械结构拓扑优化引入到光学器件设计领域。对背部减重部分进行了拓扑优化设计。对拓扑优化设计的原理和方法做了较为详细的介绍。吸收了变密度法中的SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)插值算法和RAMP(Rational Approximation of Material Properties)插值算法的思想,提出了一种新型惩罚中心可调节的ASMP(Adjusted Solid Material with Penalization)插值算法,并对各种插值算法进行了仿真。仿真结果证明,基于本文提出的新型ASMP插值算法的拓扑优化结果正确可靠,有一定的优越性。同时使用新型方法对摆镜进行了优化,并与其他设计结果进行了比对,结果显示新型拓扑优化结果能够较大程度地提高面型精度,使用起来更加灵活方便。新型差值算法的提出是对现有拓扑优化的插值算法进行了补充完善,也为后续参数优化设计奠定了基础。     

基于HBT干涉定位的八元L型阵列拓扑优化

Hanbury Brown-Twiss (HBT)干涉在光学测量中具有超灵敏的性能,声波与光波具有相同特性,该原理在声学定位中亦有较好的定位性能。针对定位阵列拓扑结构中存在冗余阵元,该文对基于声场HBT干涉定位法的传感阵列拓扑结构进行了研究,优化阵元个数的同时不影响其定位精度。通过对八元L型阵列拓扑结构进行编码,并对所有可能出现的拓扑结构进行定位仿真,得到4组四元拓扑结构的定位误差小于八元L型阵列的定位误差。最后,通过实验对优化所得的四元阵列拓扑结构进行验证。实验结果表明,四元拓扑结构00101011的定位性能最好,误差为1.26%,与八元L型阵列定位效果一致,该实验验证了该文阵列拓扑优化的可行性和有效性。     

基于TDOA和SDOA的宽带辐射源双机无源定位算法

针对双无人机无源雷达对宽带辐射源目标的直接无源定位(DPD)初始值敏感,提出一种基于小生境拓扑结构改进矢量粒子群算法(NTVIPSO)的直接无源定位算法。本文算法将直接法和间接法结合起来,依靠间接法中尺度差参数构造约束条件,利用小生境矢量粒子群求解得到精确的位置。仿真结果表明本文粒子群算法优于矢量粒子群算法和邻域拓扑结构粒子群算法。提出的存在扰动情况下尺度差约束条件下的直接无源定算法精确度低于直接法,但优于间接法;计算复杂度低于直接法,大于间接法。     

器件参数全域优化的填充函数方法

本文分析了目前器件参数优化所存在的问题。提出了采用填充函数方法实现对器件参数的全空间(全域)优化提取。该法能较好地满足不同非线性规划算法对初值的要求,并保证了目标函数的全域最优。本文还分析了影响参数优化唯一解的灵敏度因素,提出了对MOSFET器件参数优化的一些改进方法。     

基于UCDS的战术网络拓扑构建研究

在战术MANET中,底层通信的拓扑结构是不断变化的。寻找最小连通子图(作为一个网络拓扑结构的主干)是在MANET的MAC层设计中网络拓扑构建的有效方法。在战术网络环境下研究用于广播的连通支配集构建算法,阐述了一种分布式的连通支配集算法(UCDS),该算法采用启发式规则选取支配节点及其连接节点。通过与其他相关研究对比分析,表明UCDS具有实施简单、执行速度快、消息复杂度低的特点,同时具备一定的灵活和抗毁能力,并能够实际应用于路由优化和低速率下节点的移动自适应。     

Partitioning-based decoupling capacitor budgeting via sequence of linear programming

In this paper, we propose an efficient algorithm to reduce the voltage noises for on-chip power/ground (P/G) networks of VLSI. The new method is based on the sequence of linear programming (SLP) as the optimization engine, and partitioning scheme for dealing with large-sized circuits. We show that by directly optimizing the decoupling capacitor (decap) areas as the objective function and using the time-domain adjoint method, SLP can deliver much better quality in terms of decap budget than existing methods based on the merged time-domain adjoint method. The partitioning strategy further improves the scalability of the proposed algorithm and makes it efficient for larger circuits. The resulting algorithm is general enough for any P/G network. Experimental results demonstrate the advantage of the proposed method over existing state-of-the-art methods in terms of solution quality at a mild computation cost increase.     

某新型仪器舱的拓扑优化设计

对某新型仪器舱的拓扑优化设计进行研究。使用HyperMesh建立仪器舱的拓扑优化模型,利用OptiStruct对设计空间进行拓扑优化求解,以减重70%为目标,得到基于加权刚度最大化的设计方案,并采用3D打印制造了仪器舱的聚乳酸树脂样件。对比试验表明,基于加权刚度最优的设计方案,在质量最轻的前提下,实测+X支架刚度和-X支架刚度达到最优,实现了初始设计目标。     

基于遗传算法的太阳能飞艇光伏阵列优化研究

太阳能飞艇依赖于光伏阵列提供能量,但曲面面形引起的非均匀光照会造成光伏阵列的能量损失。文章将遗传算法引入光伏阵列优化研究,通过优化光伏阵列拓扑结构,降低模块间的失配现象,从而达到增大输出功率的目的。首先基于光伏电池的单二极管模型,给出光伏阵列的仿真方法。其次提出基于遗传算法的光伏阵列拓扑结构的优化方法,采用序列编码方式,将光伏阵列拓扑结构转化为染色体编码,通过染色体基因位的交叉变异实现光伏阵列拓扑结构的优化。以某太阳能飞艇为例进行仿真验证,优化后光伏阵列平均输出功率增大2.32%,仿真结果表明所提方法能够有效提高太阳能飞艇光伏阵列的输出功率。     

PCB板最大频率的支撑拓扑优化

基于印制电路板(PCB)支撑结构的特点,建立了支撑布局拓扑优化的分析模型:利用无质量实体单元模拟支撑部分;利用自由度凝聚技术建立PCB板及其元器件的子结构模型,从而大大缩减了优化的计算量.在优化分析模型基础上,利用渐进优化方法推导出结构支撑单元的删除敏度并建立了基于ANSYS的计算方法,分析了支撑刚度对支撑布局优化的影...     

An Analytical Optimization Method for Improved Fuel Cell–Battery–Ultracapacitor Powertrain

Fuel-cell vehicles have the potential to revolutionize transportation. In particular, a fuel-cell vehicle using a combined battery–ultracapacitor energy storage system can provide excellent fuel economy and performance while extending the battery life due to more frequent use of the ultracapacitor. This paper first presents a new fuel cell–battery–ultracapacitor (FC–B–UC) vehicle topology. Then, a vehicle simulator is used to show that the new topology is superior to a promising FC–B–UC topology from the literature. Finally, an analytical optimization method is developed to determine the optimal battery and ultracapacitor sizes for two different options of the novel FC–B–UC topology. The optimization method seeks to maximize efficiency and minimize mass and cost of the overall system. Numerical examples are provided to validate the analytical optimization method.      

拓扑优化方法的研究现状及在微机构设计中的应用

简要介绍了MEMS的设计现状和拓扑优化方法 ,并根据MEMS中微机构的特点 ,概述了拓扑优化方法在微机构中的应用。最后以微夹钳为例 ,对不同负载、不同约束情况下微夹钳结构进行了拓扑优化设计