基于响应面法的微操作平台多目标优化

为了提高微操作平台的操作空间和动态性能,基于响应面法对一种新型微操作平台进行了多目标优化设计。采用中心组合设计方法选取仿真试验点,根据试验点建立平台的参数化几何模型,应用软件ANSYS对平台进行静力学和模态分析得到其固有频率、位移放大倍数和最大应力的响应值。根据所得的仿真试验数据,采用最小二乘法和显著性检验建立反映平台性能指标的二阶多项式响应面模型。最后,计算了反映响应面拟合度的评价指标,验证了所建响应面模型的精确性。以微操作平台的放大倍数和固有频率为优化目标,强度为约束,建立了平台的多目标优化模型,采用多目标遗传算法对平台进行优化得到Pareto解集。从Pareto解集可知,固有频率与放大倍数之间是相互冲突的,故需权衡固有频率和放大倍数从Pareto解集选取最优解。比较优化前后平台的各性能指标可知,平台的固有频率增大了35.58%,放大倍数增大了2.33%,最大应力减小了38.97%,证明了提出的优化方法的有效性。     

非对称2UPS-UP并联机构性能分析及尺度多目标优化

以一种两转动一移动非对称2UPS-UP并联机构为研究对象,对其进行了性能分析和尺度参数多目标优化.机构自由度由恰约束支链UP确定,即机构可实现绕该支链U副中心的两转动运动和沿P副的移动运动.给出正逆向位置符号解,且正逆解具有部分运动解耦特性,有利于后续误差分析、轨迹规划与控制.应用矢量法推导出速度表达式,根据速度Jacobian矩阵分析了机构奇异位形.以旋量代数为工具,给出了机构运动和力传递性能评价指标.在机构性能评价和工作空间分析的基础上,建立了机构尺度参数昂贵约束多目标优化模型,并采用多目标进化算法求解该问题,得到多组Pareto最优解.     

基于Isight平台NSGA-Ⅱ方法的3-PRS并联机构多目标优化

把Isight软件运用到3-PRS并联机构的多目标参数优化中,分析并建立3-PRS并联机构的工作空间、灵巧度、刚度和承载能力的指标。采用蒙特卡洛方法对多目标指标函数进行编程求解,以Isight软件为平台,集成Matlab软件,构建多目标优化基本流程,用Isight软件中封装的NSGA-Ⅱ方法对3-PRS并联机构的五个目标函数进行优化。得到分布性良好的Pareto解集及Pareto前沿,目标指标得以分析,并得出参数与目标之间变化规律。可根据优化信息,在Pareto解集中选取适合实际工况的最优解,最后给出优化算例。     

基于RSM和NSGA-Ⅱ法的重载机械臂结构优化设计

文中针对桥隧复杂环境下多相受力机械臂的结构优化研究,建立了关于重载机械臂的臂架结构的有限元分析模型和结构力学模型。首先根据结构力学模型选取优化设计参数,并采用拉丁超立方抽样方法设计优化样本点,其次构建二级伸缩臂的响应面近似模型,最后建立以质量最轻为设计目标的优化模型,根据响应面复相关系数判断该响应面拟合准确度。在获得响应面模型后,运用多目标遗传算法寻求二节伸缩臂结构参数设计的Pareto前沿解并以此为基础选择优化方案。研究结果表明,伸缩臂的质量减少12.90%。相较于传统结构设计的经验化设计,既节约材料又能满足力学性能的要求,对同类结构的优化问题具有一定指导意义。     

细化Kriging模型在轻轨车轴优化设计中的应用

基于仿真试验,根据低地板轻轨车轴的结构特点和性能指标,将Kriging插值和拉丁超立方抽样试验相结合来构造车轴多目标优化的代理数学模型,并通过多目标遗传算法寻找该代理模型的最优解作为车轴参数的设计依据。为了使所构造的Kriging响应面能准确高效地代表稳健优化目标和约束函数,将Kriging模型在响应面精度检验时的样本点和多目标遗传算法所产生的最优解检验点进行更新,直到达到精度要求为止,从而保证所建立的响应面模型具有较高的全局拟合精度和最优解拟合精度。     

一种三自由度冲压搬运机械手的尺度综合

设计了一种用在管材冲压线上,代替人工完成上、下料动作的三自由度冲压搬运机械手,对该机械手进行工作空间求解和优化设计,以运动学、动力学性能指标为目标函数,以工作空间和静刚度指标为约束条件,以杆件参数和拉簧参数为设计变量,建立机械手的多目标优化模型。用非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)求解多目标优化模型,在Pareto最优解集中优先选择降低电动机2极限力矩的解,且所选解不能大幅削弱其他性能指标。将所选解代入运动学、动力学方程中进行理论计算,结果表明,优化后机械手的运动学、动力学性能指标均有了一定程度的改善,为结构设计和运动控制提供了依据。     

6自由度含弹簧被动支链的绳牵引并联机构工作空间分析

为分析含弹簧被动支链的绳牵引并联机构工作空间特性,建立机构静力学模型,提出一种能直观反映绳牵引并联机构姿态空间大小的评价指标,以含2根弹簧支链的6索6自由度绳牵引并联机构为例,分析弹簧支链参数对机构工作空间性能和工作空间形状的影响。针对引入弹簧支链后出现的工作空间形状缺陷,建立缺陷部分混合位置因子-范围因子罚函数模型,并通过理想点法与遗传算法结合的方法实现了机构工作空间性能多目标优化。结果表明：通过罚函数法在优化中有效消除了可能出现的机构工作空间形状缺陷;含弹簧支链的绳牵引并联机构优化中选择适当弹簧参数,可以显著提高工作空间体积与动平台转动范围。     

立式振动磨关键结构参数的多目标优化设计

以获得立式振动磨最佳粉碎效果为目的,建立了立式振动磨参数化仿真模型,采用拉丁超立方方法生成样本数据,构建了立式振动磨响应面近似模型且其精度达到可接受水平。以振动强度、撞击力最大,研磨介质体积最小为目标函数,采用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ对响应面近似模型进行多目标优化设计,得到Pareto最优解集和Pareto前沿图,为立式振动磨结构设计和参数选择提供理论指导。最后,通过立式振动磨的优化算例说明了该方法的有效性。近似模型方法能提高优化效率,且该研究也为其他复杂模型的设计优化问题提供了一种方法。     

注塑机械手的动态多目标优化

为了满足在保证注塑机械手初始动态刚度的条件下达到整机轻量化的要求,提出基于整机质量、一阶最大变形量和一阶固有频率为目标函数的整机多目标优化设计方法。运用ANSYS软件对参数化模型进行模态分析。使用中心复合设计的试验方法选取合适的结构有限元分析样本点,对样本点处的整机动态特性进行计算和分析,建立反映结构设计输入与响应输出关系的二次多项式响应面模型。建立注塑机械手的多目标优化数学模型,比较分别使用多目标遗传算法、筛选算法、非线性二次规划算法获取的Pareto解集得到最优解。对基于加权平均法的灵敏度分析得到的各设计变量灵敏度值平均数进行排序,可以帮助设计人员淘汰部分设计变量,从而提高优化效率。最后,在保证注塑机械手整机动态性能不降的前提下,整机质量减轻了11.27%。结果表明,该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。     

计及阻尼影响的悬置系统响应解耦优化

为实现计及阻尼影响的动力总成悬置系统的解耦,建立了包含阻尼系统的动力总成悬置系统模型,计算了比例和非比例阻尼影响下的系统响应,根据悬置系统的响应特性和解耦优化原理,提出了响应解耦法。以怠速频率下100％扭矩轴响应解耦和固有频率的合理配置为优化目标,利用mode FRONTIER软件对悬置系统进行解耦优化,并在MATLAB中对优化后的解耦效果进行仿真验证,结果表明,在考虑非比例阻尼的情况下,所提出的解耦方法比能量解耦法的解耦效果更好。     

基于加速度频响函数的改进响应面模型修正

为提高模型修正精度,将加速度频响函数引入到改进的响应面模型修正当中.首先分别采用模态参与度准则和有效独立法确定试验最佳激励点和测量点,然后根据待修正参数选取样本点,计算其对应的加速度频响函数,构造初始响应面模型;其次利用三倍方差准则,对预测值进行检验,剔除远离响应面的离群点;再优化初始响应面模型得到最优解作为新的样本点...     

3-PRS微操作器的运动学性质分析

分析了3-PRS微操作器的运动特性，给出了微操作运动的位置公式，并以微位移矩阵条件数及工作空间体积值为度量指标分析了微操作器操作性能与结构参数间的关系。分析表明，条件数取决于操作针长度Le及动平台半径ra之比，且当二者的比值小于5时微操作器具有较好的操作灵巧性；工作空间体积值主要受操作针长度Le动静平台半径ra、rb的影响，且在Le及rb取定值时随ra的减小而增大；支链杆长L对工作空间体积值影响不大。相关的分析结果可应用于3-PRS微操作器的运动学设计。     

基于Kriging模型的并联机器人机构的多目标优化设计

为了提高并联机器人机构的性能特性,对机构参数进行优化设计分析,以达到性能指标最优的目的。先对应用于盾构拼装机的并联机构进行了运动学分析,利用封闭矢量法建立了逆解方程,并在此基础上求解了表征驱动关节输入和动平台输出映射关系的雅可比矩阵。引入衡量并联机构性能的全域运动灵巧度和全域承载能力指标,并以结构参数为设计变量,性能指标为优化目标,基于Krigring近似模型,利用多岛遗传算法对并联机构进行多目标优化,最终得到Pareto解集,并选取了机构参数的最优解。结果表明,基于Kriging模型的多目标优化对机构性能有明显的改善。     

GTF减速器柔性传动轴的响应面设计

对GTF减速器的传动轴进行了响应面设计并最终确定了其最优几何参数。首先,使用Python语言在Abaqus平台上开发了柔性轴有限元模型的参数化计算程序。该程序能够自动实现有限元分析的全过程,从而提高了计算效率。其次,采用优化的拉丁超立方抽样方法在设计空间内得到60个采样点,调用参数化程序求得了所有采样点对应的传动轴上最大Von Mises应力值,并以该应力为目标函数建立了响应面优化模型。最后,将最优解反代入有限元模型中再次求解,所得结果验证了该响应面模型的正确性。同理,给出了以刚度为目标函数的响应面模型及其最优解。两种响应面设计方案为工程应用提供了理论依据。     

基于响应面模型的铝合金壁板挤压成形优化设计

针对铝合金壁板挤压成形中出现的挤压能耗过大、制品缺陷问题,对6063铝合金壁板挤压过程进行多目标优化设计。结合正交试验设计和响应面设计方法,建立挤压成形参数与评价指标的二阶响应面模型。运用遗传算法和模拟退火算法,实施最优个体保留策略,开发出遗传模拟退火程序,对响应面模型进行寻优,获得24组Pareto最优解。通过定义满意度函数,选出了符合要求的满意解。为验证优化结果的真实性,对满意解进行仿真验证,仿真结果与优化结果相吻合。     

基于能量解耦法的某商用车动力总成悬置优化

为提升某商用车动力总成悬置系统的隔振性能,对现有方案前悬置主轴刚度进行优化。通过试验获得某商用车动力总成的惯性参数,利用能量法解耦计算求得固有频率和解耦率;分析不足后,运用MATLAB多目标优化算法,以前悬置刚度为变量,频率分离和解耦率为约束条件,解耦率加权和最大为目标函数,优化出最佳刚度值。通过隔振率试验,验证了优化方案的合理性。     

Kriging模型并行加点策略的多目标优化方法

针对复杂机械装备多学科多目标优化设计成本高、周期长等问题,提出一种近似模型与并行加点策略相结合的多目标优化方法。基于Kriging模型,将添加更新样本点定义为同时考虑Pareto最优解和预测误差的动态多目标优化问题,应用改进NSGA-II优化算法和极大极小距离准则,确定最优的并行更新样本点,在提高Kriging模型精度的同时实现多目标优化。测试函数验证和实例结果表明,该方法可有效提高复杂系统多目标优化效率,同时获得收敛性和分散性俱佳的Pareto最优解。     

基于响应面法的活动横梁动静态特性多目标优化

为了满足300MN液压机活动横梁在具有高的动态特性的基础上,还使结构具有轻量化的要求,提出一种基于响应面法的动静态特性多目标优化方法。首先采用中心组合试验设计方法(CCD)得到样本试验点和各试验点的试验数据,采用二阶响应面建模的方法建立活动横梁各性能指标的响应面数学模型。将活动横梁的最低固有频率和活动横梁的整体质量作为目标函数,最大应力为约束函数,结合响应面模型,采用Shifted Hammersley序列抽样技术和权衡函数结合的遗传算法对活动横梁进行多目标优化,得到Pareto的优化解集,经过优化可使活动横梁的质量减轻12.2%,固有频率增加27.22%,使活动横梁在具有高的动静态特性的基础上还具有轻量化。     

新型3-PRC柔性并联微操作平台的研究

采用压电陶瓷作为驱动器设计了一种带有二级杠杆放大机构的3-PRC柔性并联微操作平台,该平台能实现空间三自由度的微小平移运动,放大机构的理论与有限元仿真分析放大倍数分别为8.772和8.245。首先采用矢量法建立了该机构的运动学模型,得到了其运动学正、逆解和雅克比矩阵。然后利用MATLAB软件分析并绘制了平台的工作空间,最后对机构的解耦性进行了理论分析并利用有限元软件进行了验证。结果表明该机构的耦合性误差小,可以实现空间三自由度微纳米级别的运动,具有较大的运动空间和良好的运动解耦性。     

基于变复杂度近似模型的汽车安全性和轻量化优化

针对汽车安全性优化过程中考虑冲压效应的计算复杂性特点,采用最优拉丁方实验设计,利用较少样本点数据在传统模型和高精度模型间建立一个差值补偿响应面模型,再通过传统模型和差值补偿响应面模型构造新的实验样本点,在此基础上建立Kriging响应面模型,应用多目标粒子群优化算法对此响应面模型进行优化求解,进行了整车正面碰撞和轻量化多目标优化设计。结果表明,该方法能够在保证响应面精度的前提下,快速收敛于优化解。