应用确定性优化算法求解多目标气动设计问题的Pareto阵面

将确定性优化算法和Pareto阵面概念结合起来处理了多目标优化设计问题；给出了结合算法及数值过程的细节，并将其应用到了气动优化设计中；描述了如何用确定性优化算法快速抓获多目标优化问题的Pareto阵面以及能够抓获哪些类型的Pareto阵面。数值实验结果表明，确定性优化算法可以准确高效地抓获任意凸的和某些凹的Pareto阵面，故对于此类多目标气动优化问题，可用确定性算法代替进化算法。     

高超声速巡航飞行器机身多目标优化设计

类乘波体构型是高超声速巡航飞行器的重要气动布局之一.对这类构型的机体进行多目标优化设计能极大地提高飞行器的总体性能.本文采用多目标混合遗传算法,通过两种优化策略,实现了类乘波体高超声速巡航飞行器机身的总体性能多目标优化设计,考虑的性能指标包括机身气动升阻特性、推阻特性、配平特性、雷达隐身特性、机身容积以及驻点温度等等.优化设计得到了Pareto最优前沿面,获得了比基本构型飞行器总体性能更优的构型方案.通过对优化结果的分析,指出机体/推进一体化设计的不足和进行总体性能多目标优化设计的必要性,给出一个最优布局构型,并进行了气动力风洞实验,验证了最优布局的气动特性.     

新能源接入配电网经济性与可靠性优化研究

为寻求新能源配电网的可靠性和经济性最优,实现新能源电源的优化配置,本文提出将可靠性和经济性同时作为两个优化目标,运用自适应粒子群优化法,对新能源电源进行多目标优化配置。以IEEE-RBTS Bus 6主馈线F4为例,通过系统仿真找到新能源配电系统可靠性与经济较均衡的Pareto最优解集,可根据决策者的偏好选择最优方案。本文的研究为新能源电力系统可靠性和经济评估提供了一个新的研究思路。     

基于多旅行商问题的最优邮路规划

结合现实生活中邮政行业的约束条件建立一个邮路规划和邮车调度优化模型。根据模型中的目标函数和约束条件分别建立了相应的规划模型,给出了求近似最优解的一种算法。在寻优过程中,结合最小生成树作出局部划分,再利用相应的计算机程序求出局部最优解,以此为基础根据目标函数和约束条件进行进一步调整,最终为邮路规划和邮车调度方案安排提出了一种最优解决方法。     

求解多目标优化问题的随机梯度遗传算法

遗传算法的收敛速度很慢，为此引入另一种解决优化问题的工具，即Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation(SPSA)算法，该算法是一种简单、易实现、高效率的随机逼近算法。本文将SPSA算法作为一种快速局部优化方法并将其和遗传算法的整体搜索策略结合起来，提出一种解决多目标优化问题的随机梯度遗传算法，对新算法的执行策略进行了认真的设计。大量的数值实验表明：随机梯度遗传算法不仅提高了多目标遗传算法的收敛速度，且得到了大量的分布较均匀的Pareto最优解。     

复合材料层合板屈曲优化设计的模拟退火算法应用

利用复合材料可设计性的特点对层合板结构进行优化设计具有重要意义。本文给出了一种基于模拟退火算法作为全局优化方法的复合材料层合板屈曲优化设计方法。以面内受压层合板的临界屈曲载荷最大化为目标函数,以层板各铺层方向角为离散设计变量,采用整数符号方法进行编码。对标准模拟退火算法进行改进,通过引入升温过程获得合适的初始温度,并在优化过程中记忆到当前所得到的最优值,避免概率接受方法造成的最优解丢失。编写了应用程序,对算例在不同载荷条件下进行了优化设计,并研究了模拟退火算法关键控制参数对优化结果的影响。结果表明,模拟退火算法可以应用于复合材料层板铺层顺序优化问题,且通过改进算法和控制关键参数可以有效提高算法收敛性能。     

应用对策理论的多目标气动优化设计

将经济学中的Nash均衡理论引入到气动优化设计中,探索一种新颖的处理互为冲突的多目标气动外形优化设计方法.基本的优化器为基于伴随方法的确定性优化算法,文中通过引入负反馈技术发展了约束最优控制理论,所有的约束条件都被自动的和隐含的满足.在对称Nash策略中,每一个优化器都力图优化自己的目标,而Nash平衡则提供了多个目标之间的一种妥协解.设计算例表明,文中的Nash竞争策略在多目标气动优化设计中是有效的.     

风力机叶片优化设计目标

研究了变桨型风力机叶片的气动性能计算、叶片设计载荷评估、叶片结构设计、风力机组成本评估及风电场运营模型,并将这些模块进行了整合,得到了度电成本的计算方法,同时提出了风场运营收益最大这一叶片设计目标。基于有针对性的叶片参数化描述,采用自适应模拟退火算法,分别以不同的目标优化设计了1.5MW变桨型的叶片。分析比较了度电成本及风场收益两个指标在平衡发电量和成本上的区别,认为在可以确定上网电价的情况下,以风场收益最大为目标设计叶片能为风电运营商带来更多的收益。     

考虑跑道复杂依赖关系的多目标飞机排序模型

考虑跑道间复杂依赖关系和依赖跑道上动态间隔约束,研究了同时存在依赖、独立跑道的多目标进离场飞机排序问题。以降低航空公司延误总成本和降低旅客总延误时间为目标,建立了跑道复杂依赖关系下的多目标规划模型。通过重庆江北机场的3个实际算例,使用ε约束法求解多目标模型的Pareto最优解集。与未增加本文两处约束的传统模型进行对比显示,额外考虑复杂依赖关系后航空公司延误总成本减少了68.5%～80.3%,旅客延误总时间减少了68.8%～77.7%,额外考虑依赖跑道上动态最小间隔时间后航空公司延误总成本减少了20.4%～43.4%,旅客总延误时间减少了29.2%～42.5%。     

高超声速飞行器机身/超燃冲压发动机一体化设计研究

开展了高超声速飞行器机身/超燃冲压发动机一体化设计方法的研究.以多目标遗传算法为优化方法,采用一维流动模型计算性能指标,对机身下壁面前体和后体型线进行了优化设计,得到了Pareto最优前沿面.计算结果表明该方法可大大提高机身/发动机的匹配水平,获得高性能的设计方案.该方法可进一步推广应用于包含更加精确的流动模型的优化设计当中.     

基于全局近似函数的薄壁结构耐撞性多目标优化

以圆锥形薄壁金属管为对象进行耐撞性优化研究,并对几种全局近似函数构造模型精度与适用性进行讨论。以薄壁管的多个几何参数为设计变量,以质量比吸能、长度比吸能、最大冲击载荷为目标函数,通过对比几种不同方法构造的近似模型精度,发现依据各个目标函数的非线性强弱程度不同,可以采用相对应的构造方法获得精度最高的近似模型。最后结合普适性最好的RBF法对圆椎管进行多目标的耐撞性优化,并给出设计空间中的Pareto解集与Pareto曲面,提供了多种侧重不同耐撞性指标优化的设计方案。     

以频率为目标函数的结构优化设计

本文采用优化准则法的基本方法,研究了以频率为目标函数的结构动力优化法,普把它应用到直升机的结构动力优化设计上。这种方法除可用于直升机的动部件外,还可用于风力机、机械和船舶的结构动力优化设计上。     

风力机叶片的全局表面摩擦力测量的荧光油膜法

表面摩擦力是分析和预测风力机叶片气动特性的重要途径之一。为了实现风力机叶片全局表面摩擦力测量,获得流动在叶片上的拓扑结构,理解相关流动机理,引入了荧光油膜测量技术,给出了荧光油膜在表面摩擦力作用下的演化模型,并讨论了该演化模型的求解方法。为了验证该方法在风力机叶片上运用的可行性,设计了一个简化实验。实验中以平板代替具有三维弧面的叶片,并采用不同角度的倾斜射流冲击给定平板,以获得不同摩擦场。实验结果与E M Sparrow和B J Jovell给出的测试数据一致,这意味着基于荧光油膜的全局表面摩擦力测量方法具有测量风力机叶片上全局表面摩擦力的潜力。     

基于 iSIGHT 的风洞应变天平优化设计方法研究

天平设计的关键在于天平结构的优化,在满足设计要求的前提下,尽量提高天平刚度,避免应力集中,减小各测量分量之间的相互干扰,以提高设计质量。天平优化设计是一个多目标问题,无论利用解析方法还是有限元仿真方法,设计分析过程通常需要丰富的经验,即使耗费大量时间也很难获得全局最优解。以6分量杆式应变天平为研究对象,提出了分级和分步优化策略,介绍了基于 iSIGHT 平台的实现方法。通过试验设计(DOE)筛选出对优化目标影响较大的设计变量,然后建立天平优化设计近似参数化模型。在 iSIGHT 中通过集成 UG、AN-SYS 和 EXCEL 等软件建立自动优化流程。以参数化三维结构有限元仿真分析方法为基础,利用 iSIGHT 提供的优化算法,实现优化设计自动化,大大节省了设计成本,提高了天平设计质量和效率。     

基于遗传算法的混合威布尔分布参数最小二乘估计

混合威布尔分布模型常用来分析具有多种失效模式的复杂系统的可靠性数据,由于模型中包含较多参数,与单一威布尔分布相比,混合威布尔分布的参数估计更为复杂。利用遗传算法为优化方法,提出了一种混合威布尔分布参数估计的最小二乘方法。以残差平方和最小为优化目标,以各参数取值范围为约束条件,构建了混合威布尔分布的非线性最小二乘优化模型;通过变换决策变量上下限、引入惩罚因子和保存最优个体等策略改进传统遗传算法以提高算法的性能,进而利用改进后的遗传优化算法对混合威布尔分布的非线性最小二乘优化模型进行求解。实例分析表明本文方法有效,利用本文方法计算得到的可靠度估计值与真实值之间的最大偏差和标准均方根误差,相对于图估计法分别减少了0.028 4与0.032 8,相对于极大似然估计法分别减少了0.000 8与0.003 6。     

基于6σ设计的复合推力高速直升机总体参数多目标优化

针对复合推力高速直升机总体设计阶段总体参数的选择问题,提出一种提高可靠性和鲁棒性的基于6σ设计的改进多目标遗传算法优化方法。采用叶素理论和数值积分的方法分析计算了复合推力高速直升机气动及飞行性能,并以此为基础建立了约束函数和初步目标函数模型;将6σ设计融入改进的多目标遗传算法中,构造最终目标函数;在给定有效载荷设计要求下,对复合推力高速直升机总体参数进行了多目标优化设计。该方法获得了所需的Pareto解,优化后的复合推力高速直升机飞行性能相对原机有了较大改善,算例结果表明该方法有效可行。     

基于ANSYS的机架结构的优化设计

利用ANSYS有限元软件对某预研型号运载火箭上面级发动机用机架的结构进行了优化设计,建立了参数化模型,运用零阶和一阶优化方法得出最优解,并对最优解进行了结构强度和稳定性校核。经过优化设计,使得机架的结构质量大大减轻,优化效果明显。     

应用于传感器网络覆盖问题的能量有效性启发式机制

提出了一种解决无线传感器网络覆盖问题的分布式启发式机制。该机制在节能前提下,得到优化的目标覆盖集合,以实现对目标监控区域的完全覆盖,并通过对其中重点目标集合的冗余覆盖来满足对重点目标集的可靠监控。同时,该目标覆盖集合与数据汇集点在通信结构上保持连通性。本文采用了改进的蚁群优化算法（最大最小蚁群混合算法）来实现上述启发式机制。通过构造新颖的启发式因子,人工蚂蚁能够由局域信息感知传感器网络的能量状况和覆盖能力,从而自适应地建立具备通信连通性的数据汇集路径。此外,将信息素浓度调节因子和评价函数引入了信息素更新规则的设计,使得蚁群在扩大搜索范围的基础上,提高了解的质量,且避免了求解过程陷入局部最优。算法的输出为能量有效的优化解集,具备较长生命周期,能够在保证与数据汇集点可靠连通的同时实现对目标区域的有效覆盖。     

交叉口汇聚航班的航线选择方法

建立了以总延误时间最小为目标的交叉口汇聚航班航线选择问题模型,为到达交叉口的每个航班从固定航线或临时航线中选择合理的一条航线飞行,并且设计了相应的启发式算法计算模型的全局最优解。最后设计了3种场景对航图中嘉峪关到雅布赖航线段航班数据进行算例仿真。仿真结果表明,本文模型和算法可解出多个航班最优的航线选择方案,并且产生的总延误时间最小,证明了本文方法的有效性。     

基于响应面法的超燃冲压发动机进气道多目标优化

基于响应面法进行了二维混合压缩超燃冲压发动机进气道的多目标优化研究.采用均匀试验设计确定试验方案,运用计算流体动力学求解进气道的性能.根据分析结果构造了响应面近似模型,该模型采用了完全二阶多项式模型.通过响应面近似模型的优化,实现了超燃冲压发动机进气道优化,得到了Pareto最优集.结果表明,采用均匀试验设计和响应面法可以大大减小数值模拟的计算量,提高优化效率.