液压系统仿真中几种阀口流量模型的解算分析

针对液压系统中传统阀口流量模型存在的仿真刚性问题,提出了两种改进的阀口流量模型。改进模型一考虑流量系数的非恒定性,采用可变的流量系数;改进模型二给出了一个经验公式来取代零压差附近的传统紊流流量公式,建立了分段描述的阀口流量模型。实际仿真求解表明,两种改进的阀口流量模型都能保证ODEs求解器变步长算法的收敛,有效地提高了复杂液压系统仿真计算的效率。     

改进的遗传算法在车间作业调度中的应用研究

作业调度问题(JSP)是一类典型的NP-hard问题,遗传算法作为一种通用的优化算法在求解JSP中得到了广泛的应用.针对车间作业优化调度问题,通过对原有遗传算法进行了改进,建立了具体的基于遗传算法的改进模型,使其在优化过程中自动给出比较合适的交叉概率和变异概率,并保持群体的多样性,方法和解决步骤,显著提高了搜索效率.较好地解决了车间资源优化调度问题.     

基于改进遗传算法的函数优化及其性能分析

工程应用中,常涉及到最优化问题.对很多问题进行数学建模后,都可以抽象为一个数值函数的优化问题.实践表明,遗传算法求解最优化问题的计算效率很高.提出了一种对简单遗传算法的编码方式、选择算子、交叉算子及变异算子都进行改进的算法,仿真试验表明,改进算法的函数优化计算在搜索效率和收敛速度方面都有很大提高.     

基于序列响应面法的汽车结构件蜂群优化设计

将蜂群算法应用于汽车结构件的优化问题。先由试验设计和序列响应面法构建目标函数及约束条件的代理模型,再应用改进的蜂群算法求解最优设计。在优化过程中调用的是代理模型,显著减少了有限元计算次数,提高了优化效率。最后,选取典型实例对该算法进行验证,比较预期值与实际值的结果表明,该算法具备了足够的求解精度,能够满足工程实际要求。     

中比转速离心泵效率优化过程及试验验证

本文针对某中比转速单级离心泵(ns=132)效率偏低的问题,通过对原模型叶轮流道、叶轮叶片参数以及压水室匹配性的分析,找到可能导致效率偏低的因素,然后逐步进行优化改进,改进过程中应用CFD仿真手段对方案进行数值模拟,预测其流量-扬程、流量-效率曲线,最终得到的方案经真机试验验证满足效率优化要求.     

基于SIMP法的变刚度结构拓扑优化研究

基于固体各向同性材料惩罚模型(Solid isotropic material with penalization,SIMP)是一种常用的拓扑优化模型,因其计算效率较高而应用广泛。在工程实际中,采用单一材料的结构往往难以满足较好地综合性能,而功能梯度材料结构能充分发挥其组成的各相材料的优点,在满足轻量化、高强度的要求的同时,达到良好的经济效益,在工程上应用广泛。然而,传统的SIMP法由于其预先设定材料属性,对功能梯度材料变刚度的结构体拓扑优化稍显不足,本文提出了一种基于有限元素法,采用功能梯度材料的变刚度改进方法,采用改进的SIMP法进行优化问题的求解,使得变刚度结构经过优化后其强度得到提高的同时,充分发挥功能梯度材料其各相组成材料的特性,合理分配材料使用进而降低成本。最后在MATLAB环境中以悬臂梁结构为算例模型验证了该方法的可行性,具有十分广阔的应用前景。     

复合材料螺旋桨结构高效优化方法研究

提出了一种能求解整数规划问题的改进遗传算法,并将其用于复合材料螺旋桨结构优化问题。首先,提出一种新颖的优化模型建模方法,该方法在不影响优化结果的同时,能大幅减少设计变量个数,从而缩小优化空间,有效的提高优化效率。然后从整数编码、锦标赛选择以及加速策略等方面对遗传算法进行改进,使之成为一种能同时优化铺层层数和铺层顺序的高效算法。笔者所提的优化方法被用来求解该复合材料螺旋桨优化问题,优化时间缩短6倍,重量减少32%,固有频率提高30%,获得了较好的优化结果。     

基于混合优化算法的飞机总装脉动生产线平衡问题

为提高飞机装配效率和人员利用率,根据飞机总装脉动生产线的特点和平衡优化需求,构建多目标多约束的E类飞机总装脉动生产线平衡问题模型,并设计一种结合非支配排序遗传算法、布谷鸟搜索算法和动态搜索算法的混合优化算法进行求解。其中动态搜索算法解决E类装配线平衡问题求解效率低下以及质量不佳的问题;非支配排序遗传算法通过改进个体距离计算方法提高装配序列的优化效果;布谷鸟搜索算法则借助改进莱维飞行距离计算式提高最优站位数量的搜索能力。最后通过基准问题测试证明算法的性能优于相关问题算法,并借助应用实例验证了模型的有效性。     

面向工程的高效优化方法的研究

应用遗传算法进行工程问题的优化求解,较好地解决了传统优化过程中陷入局部最优问题,为进一步提高优化效率,提高并采用了基因进行策略,杰出个体保护策略和多点交叉策略,经改进后的遗传算法在实际应用中表现出良好的性能。     

基于信赖域近似模型管理的多目标优化方法及其应用

针对复杂工程多目标优化中求解精度受近似模型精度影响大的问题,提出了一种基于信赖域近似模型管理的多目标优化方法。该方法在每一个优化迭代步中首先采用拉丁超立方实验设计方法获得样本点,并基于这些样本点建立各目标和约束的二阶响应面模型,接着用所建立的响应面模型代替真实模型进行多目标优化,优化算法采用微型多目标遗传算法,然后通过信赖域模型管理方法来管理近似模型。该方法大大降低了近似模型对求解精度的影响。该方法在车身薄壁构件的耐撞性优化中的应用验证了其解决复杂工程多目标优化问题的能力。     

Operation and control of a water supply system

The control of water supply systems is becoming more important, since there are increasing requirements to improve operation. A need exists to model and simulate water supply systems so that their behavior can be fully understood and the total process optimized. This paper describes the simulation and control of a water supply system consisting of a sequence of pumping stations that deliver water through pipelines to intermediate storage reservoirs. The system is represented by dominant system variables that represent active and passive dynamical elements. The hydraulic models include the nonlinear coupling between flow rates and reservoir heads. The bisection numerical solution approach is used to obtain a roughness dependent friction coefficient. The whole system is simulated and the results are presented and compared with the real-time measured data. A water level controller using the robust polynomial H(infinity) optimization method by manipulating pump speed is obtained. The stochastic nature of the disturbance and loads is considered for controller design. The parametrized dynamic weighting functions of the design theory are selected to achieve the required control functions and robustness.     

粒子群算法在工程优化设计中的应用

将粒子群算法与惩罚函数法相结合,建构一种离散粒子群算法,解决工程上非线性约束离散变量优化设计问题。为实现离散变量与连续变量的转化,构造了相应的扩张函数,提出惩罚因子的确定策略。通过容器设计算例验证,粒子群算法方法优于文献所列方法。应用粒子群算法、惩罚函数法及所提出的策略对波纹管工程实例进行优化设计,其单位重量下整体波纹管的补偿量比在用产品提高了79.96%,与理论解接近,进一步证明了离散粒子群算法及策略在处理工程非线性约束离散优化设计问题时的有效性,其为工程上类似优化设计提供借鉴。     

磁控溅射中频电源仿真研究

磁控溅射中频电源及其辉光放电负载是一个典型的强非线性时变系统，对该系统建模并求其解析解是相当困难的。使用Simulink对磁控溅射中频电源建模，对电源工作时各种工况下输出电流波形进行了研究，研究表明，这种仿真方法对电源系统设计有效，可以推广应用。     

柔性流水车间设备利用率排产优化问题研究

针对具有工序约束信息的柔性流水车间的设备利用率优化问题,提出利用PSODE混合算法来解决该问题,全局优化过程采用群体优化算法,在局部优化过程中通过上下道关联工序约束信息来控制工件的分配,将并行工位总设备利用率作为适应度函数,构建了具有关联工序约束的柔性流水车间生产调度模型,确定生产工件的加工路径、加工顺序、开工时间和完工时间。通过多组方案数值计算结果对比分析,验证了PSODE算法解决柔性流水车间设备利用率优化问题的有效性。     

凸优化方法在工作站负荷优化配置中的应用

在不考虑设备故障的前提下,一个工作站的服务质量主要取决于其负荷大小。本文建立了工作站负荷最小的优化模型,设计了一种变量转换方法,并经适当的约束条件合并将该非线性的、具有不等式约束的模型转化为凸优化模型。推导给出该凸优化模型对应的拉格朗日函数及其最优解存在的KKT条件,并引入凸优化内点法作为负荷配置的有效计算工具。实例计算结果表明,凸优化内点算法具有迭代次数少、收敛速度快的优点;实际应用中可以将非线性的复杂优化问题凸性化,从而得到其最优解。     

多机器人系统无内力抓取动载实时规划的研究

当机器人系统在协调操作一个物体时，为防止物体在操作过程中产生太大的变形，在驱动电机约束条件下，提出了一种无内力动载实时规划的方法。该方法首先基于物体空间，把求解动载分配系数的问题转化为二次非线性规划问题，然后基于关节空间确定机器人各个关节输入力矩。最后以两个机器人协同搬运一物体为例，进行了无内力抓取动载实时规划。该方法简单易行，适应于多机器人系统实时控制。     

Integrated optimization of production planning and scheduling for a kind of job-shop

This paper addresses an integrated job-shop production planning and scheduling problem with setup time and batches. It not only considers the setup cost, work-in-process inventory, product demand, and the load of equipment, but also the detailed scheduling constraints. That is a way different from the traditional hierarchical production planning method. The hierarchical methods do not consider the detailed scheduling constraints, so it cannot guarantee to obtain a feasible production plan. Here the integrated problem is formulated as a nonlinear mixed integer program model. And in order to simultaneously optimize the production plan and the schedule, an improved hybrid genetic algorithm (HGA) is given. In the model, the detailed scheduling constraints are used to compute the accurate load of a device in order to obtain a feasible production plan. The heuristic scheduling rules such as the shortest processing time (SPT) and the longest processing time (LPT) are used to generate a better initial solution. Also, a subsection coding strategy is offered to convert the planning and scheduling solution into a chromosome. At last, a comparison is made between the hybrid algorithm and a hierarchical production planning and scheduling method, showing that the hybrid algorithm can solve the problem effectively.     

PARAMETER COORDINATION AND ROBUST OPTIMIZATION FOR MULTIDISCIPLINARY DESIGN

A new parameter coordination and robust optimization approach for multidisciplinary design is presented. Firstly, the constraints network model is established to support engineering change, coordination and optimization. In this model, interval boxes are adopted to describe the uncertainty of design parameters quantitatively to enhance the design robustness. Secondly, the parameter coordination method is presented to solve the constraints network model, monitor the potential conflicts due to engineering changes, and obtain the consistency solution space corresponding to the given product specifications. Finally, the robust parameter optimization model is established, and genetic arithmetic is used to obtain the robust optimization parameter. An example of bogie design is analyzed to show the scheme to be effective.     

基于GA的NMPC在污水处理pH值控制中的应用

污水处理pH中和反应过程具有高度非线性和滞后性。文中首先介绍了污水处理pH值控制过程及其机理模型,然后对其进行分析研究,提出了1种基于遗传优化方法的非线性预测控制策略。利用遗传算法的全局寻优、参数调节简单等优点,解决非线性优化难的问题。仿真实验说明,该方法能够对设定的pH值进行很好的跟踪,并且响应时间较快,实现了对pH值的有效控制。     

多指抓取的实时力优化算法

根据非线性摩擦约束与特定结构矩阵正定性之间的等价性,将多指抓取力规划问题描述为线性约束正定矩阵对应的平滑流形最优化问题,并且采用线性约束梯度流方法计算得到最优的抓取力。当手指数目较多时,高维描述矩阵限制了传统线性约束梯度流表达式的计算速度,为了解决该问题,基于力优化过程中描述矩阵的仿射约束特性,提出一种适合实时应用的基于抓取力矢量的线性约束梯度流算法。该算法取代描述矩阵,采用抓取力矢量表示线性约束梯度流,大大降低了线性约束梯度流表达式的维数和计算量。以摩擦点接触情况下的四指灵巧手为对象, 采用该算法进行抓取力计算,分析权重因子和步距因子对于计算结果和收敛速度的影响,证明该算法的正确性和实时性。