基于聯(lián)合仿真的機(jī)電液一體化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究.pdf

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1、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論又基于聯(lián)合仿真的機(jī)電液一體化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究作者姓名：學(xué)科專業(yè)：導(dǎo)師姓名：完成時(shí)間：朱德泉檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置梅濤研究員二O一二年十一月二日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeStudyonOptimizationDesignMethodforMechanical—·electrical--hydraulicIntegratedSystemBasedonCollabor

2、ativeSimulationAuthor’SName：DequanZhuSpeciality：Supervisor：Finishedtile：mlstaedtlmeDetectionTechnologyandAutomationEquipmentProf．TaoMeiNovember2加，2012中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行研究工作所取得的成果。除已特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含任何他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。與我一同工作的同志對(duì)

3、本研究所做的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明。作者簽名：簽字日期：迎z量．zL么中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)位論文授權(quán)使用聲明作為申請(qǐng)學(xué)位的條件之一，學(xué)位論文著作權(quán)擁有者授權(quán)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)擁有學(xué)位論文的部分使用權(quán)，即：學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱，可以將學(xué)位論文編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。本人提交的電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。保密的學(xué)位論文在解密后也遵守此規(guī)定。，叼公開(kāi)口保密(——年)作者簽名：

4、簽字日期：擗江￡厶血導(dǎo)師簽名：鰣簽字日期：盈!蘭：』厶笪摘要摘要機(jī)電液一體化系統(tǒng)是一個(gè)多學(xué)科交叉、技術(shù)密度高的復(fù)雜系統(tǒng)，主要包括機(jī)械、液壓、控制等子系統(tǒng)，其子系統(tǒng)間存在著相互作用、相互影響的耦合關(guān)系。機(jī)電液一體化系統(tǒng)涵蓋多個(gè)學(xué)科內(nèi)容，不僅包括傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、控制理論、人工智能等，也包括現(xiàn)代的人機(jī)工程學(xué)等。對(duì)于機(jī)電液一體化系統(tǒng)，如采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用各子系統(tǒng)或?qū)W科順序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，忽略了各子系統(tǒng)或?qū)W科之間的相互影響和耦合作用，使設(shè)計(jì)結(jié)果常常不是最優(yōu)解，而且設(shè)計(jì)效率低、周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)成本高

5、。機(jī)電液一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有明顯的“多學(xué)科’’特點(diǎn)，屬于典型的多學(xué)科設(shè)計(jì)問(wèn)題。隨著現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)和控制學(xué)等理論的不斷完善和計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們能夠采用更高精度的模型進(jìn)行子系統(tǒng)或?qū)W科分析與設(shè)計(jì)，各子系統(tǒng)或?qū)W科設(shè)計(jì)均取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。因此，如何綜合協(xié)調(diào)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行多學(xué)科設(shè)計(jì)已成為機(jī)電液一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題。多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化(MultidisciplinaryDesignOptimization,MDO)是在復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中集成了不同學(xué)科的知識(shí)、分析與建模理論以及計(jì)算方法，采用有

6、效的優(yōu)化策略，充分體現(xiàn)了學(xué)科間的相互作用而產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，獲得整個(gè)系統(tǒng)的最優(yōu)解。多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化是一種充分利用和考慮系統(tǒng)所涉及的多學(xué)科間的相互影響和耦合作用、使整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)是利用合適的優(yōu)化策略去組織和管理優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程的基本思想，通過(guò)分解、協(xié)調(diào)等方法將整個(gè)系統(tǒng)分解為若干與當(dāng)前工程設(shè)計(jì)組織形式相一致的子系統(tǒng)，以達(dá)到可以充分利用現(xiàn)有的各學(xué)科分析設(shè)計(jì)工具手段，在分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上利用各學(xué)科或子系統(tǒng)現(xiàn)有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)的目的，從而縮短系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期，

7、降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，有效提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。由于多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題常常具有設(shè)計(jì)變量和約束條件的類型復(fù)雜，數(shù)量巨大，各部分、各子系統(tǒng)之間存在著互相耦合等特點(diǎn)，導(dǎo)致很難建立優(yōu)化模型并且難以找到有效的優(yōu)化算法。多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化存在兩類耦合因素：一是多個(gè)領(lǐng)域都需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的變量，即系統(tǒng)變量或交叉變量；二是某個(gè)領(lǐng)域計(jì)算的結(jié)果作為另一個(gè)領(lǐng)域的輸入，即相關(guān)變量或耦合變量。機(jī)電液一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及到機(jī)械、液壓和控制等學(xué)科，包括了整體方案與結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化、系統(tǒng)性能的綜合優(yōu)化，難以解決設(shè)計(jì)全局和全過(guò)程的問(wèn)題。機(jī)電液一

8、體化系統(tǒng)的優(yōu)化能否得到圓滿解決，主要取決于能否建立合理的優(yōu)化模型和選擇適合于優(yōu)化模型的有效優(yōu)化算法。因此，本文引入在航空領(lǐng)域迅速發(fā)展起來(lái)的解決復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的多學(xué)摘要科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，對(duì)機(jī)電液一體系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了較全面的研究，探討多學(xué)科優(yōu)化方法在機(jī)電液一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的可行性和適用性。論文以機(jī)電液一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型與優(yōu)化算法為核心，包括機(jī)電液一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的分析、優(yōu)化模型的建立與簡(jiǎn)化、尋優(yōu)策略、聯(lián)合仿真技術(shù)應(yīng)用研究、集成優(yōu)化平臺(tái)的搭建、并聯(lián)機(jī)