基于遗传算法和神经网络的梁板结构可靠性优化

基于结构系统静强度可靠性分析、神经网络和遗传算法,对空间梁板结构系统进行了可靠性分析和基于可靠性的优化设计。结构可靠性分析中,给出了安全余量以及安全余量对各变量敏度的显性表达式,便于各安全余量间相关性计算和可靠性计算精度提高。结构优化中,用神经网络和遗传算法,每代遗传操作中只需用传统方法计算1次结构系统可靠性指标,将该代最优解对应的数据加入神经网络的训练样本,从训练样本中删除最次样本,使训练样本不断处于更新状态。数值算例表明：该法收敛平稳、用时较少,具较好的收敛性和较高的计算效率。     

复杂系统可靠性多目标优化设计和决策研究

针对复杂系统可靠性设计问题．采用改进非支配排序遗传算法（NSGAⅡ）研究了可靠性分配中的多目标优化设计。根据Pareto最优解集形成决策矩阵,基于信息熵法得到属性权重,利用逼近理想解的排序方法（TOPSIS）进行多属性决策研究,对Pareto最优解给出排序。采用本文方法讨论了一个复杂系统可靠度的分配和预测算例。数值算例表明．综合采用多目标优化和多属性决策技术．可以迅速、客观选择各部件的可靠度。这种综合方法还能用于可靠性研究的其他领域。     

固体火箭发动机总体优化设计

通过遗传算法与惩罚函数相结合对固体火箭发动机总体进行优化设计,令体积比冲IV为目标函数,并采用交叉概率和变异概率的自适应调整性,有效地加快了搜索.用此方法对算例发动机各参数和目标函数优化,避免了设计变量之间较为复杂的相互关系,得到固体火箭发动机体积比冲的全局最优解,提高了整体性能.     

基于遗传算法的小推力空间液体发动机参数优化

基于连续型遗传算法，与空间液体火箭发动机系统质量模型和长度模型相结合，建立了空间发动机系统优化模型。以发动机系统的质量为目标函数，对燃烧室压力和喷管扩张比进行了优化设计。计算结果表明，采用遗传算法能够有效地得到最小质量下设计变量的最优解。     

压电自适应桁架结构控制一体化设计

针对压电自适应桁架结构,建立了含有主动元件位置的结构控制一体化设计数学模型,以结构重量作为目标函数,以结构静、动态响应作为约束函数,同时优化结构设计参数、控制参数和主动元件的位置。提出一种解决混合变量一体化设计问题的新方法,该方法将近似概念、遗传算法和对偶法相结合。首先采用组合多点近似函数建立原问题的序列近似问题,再对近似问题中的(0,1)离散变量和连续变量采用遗传算法和对偶方法分别寻优的分层优化策略。算例表明本文方法由于遗传算法只用于求解近似问题,因此只需要很少的结构分析次数就能得到最优解或近似最优解。     

亚轨道飞行器的固液火箭发动机的高维多目标设计优化

为完成应用在亚轨道飞行器上的固液火箭发动机系统设计优化,且考虑到系统设计优化问题的复杂性以及采用单目标优化难以获得全局最优解,建立了固液火箭发动机系统设计的4目标设计优化模型,采用非支配排序遗传算法获得超空间Pareto 解集。利用基于变偏好区间的超径向可视化技术对超空间Pareto解集进行直观地分析,提高最优解选择的效率。最终获得了全局最优的固液火箭发动机系统设计方案,验证了建立的优化模型的准确性和相比于单目标优化的优势,论证了固液火箭发动机应用在亚轨道飞行器上切实可行以及变偏好区间超径向可视化技术处理超空间Pareto解集的高效性。     

基于iSIGHT集成平台的次镜支撑结构优化设计

空间遥感相机次镜支撑结构的稳定性对相机的成像品质具有很大的影响,对其进行分析和优化设计具有重要意义。通用的有限元分析方法无法对复杂结构自动进行多目标、多约束及多设计变量的优化设计。文章研究了以 iSIGHT 为集成平台的多目标优化设计方法及复杂结构的参数化有限元模型的建立方法,设计了次镜支撑结构的优化策略;通过分析得到了影响次镜支撑结构稳定性的各变量的灵敏度、设计空间及最优设计方案,结构性能大大提高。这种优化方法可以快速地找到最优方案,大大提高优化效率及产品的可靠性,可应用于其它次镜支撑结构设计乃至整个遥感器的设计中。     

基于精英群引导下量子粒子群算法的快速零陷形成技术

引入罚函数项,建立了一种新的发射波束方向图综合控零的多目标优化模型。用适应度值排序建立由种群非支配解组成的精英群,以精英群中的粒子作为全局最优解引导粒子飞行;用爬坡策略更新全局最优解,给出了基于精英群引导的量子粒子群算法。对阵列权值采用加权优化,可在发射波束指定方向的多零陷、宽凹口。仿真结果表明：算法对多目标的优化较文献算法更优,能优化阵列权值在指定方向快速形成零陷。     

耦合混合变量的空间机动飞行器多学科设计优化

针对复杂耦合下的空间机动飞行器(SMV)多学科设计优化(MDO)问题,开展了同时考虑连续-离散混合变量的MDO求解技术研究。考虑空间机动飞行器总体方案设计需求,建立了包括轨道分系统、电源分系统、结构分系统、推进分系统、GNC分系统等多个学科的空间机动飞行器MDO模型;提出了基于变量转化法的混合变量MDO求解策略,将连续-离散混合变量MDO问题转化为普通MDO问题进行优化求解。优化后的空间机动飞行器总质量相比于初始方案降低了18.1%,证明了本文方法的有效性。与将离散变量作为连续变量优化的直接方式对比分析表明,本文提出的基于变量转化法的混合变量MDO求解策略在求解效率和可靠性方面更优。     

空间相机隔振系统的优化方法

为了减小卫星发射和在轨阶段的振动对空间相机成像品质的影响,文章对空间相机隔振系统的建模和优化方法进行了研究。使用复刚度模型表示隔振器,用拉格朗日方法建立系统动力学方程。选用了系统质心位置的加速度和转角的均方根值作为目标函数,采用多目标优化算法NSGA-Ⅱ在随机振动条件下对隔振系统的进行优化。优化结果给出了隔振系统的刚度系数和耗散系数的最优解集。根据某空间遥感器的实例计算出一组最优隔振器参数,验证了这种优化方法的可行性。这个最优解的集合可以作为隔振系统结构选型和初始设计的输入条件,提高隔振器前期优化设计的效率和计算的准确性。     

磁悬浮飞轮优化设计与实验

针对在轨磁悬浮飞轮转子系统,考虑发射主动段振动工况,提出一种基于灵敏度分析的多学科优化设计方法。通过比较分析内、外锁紧方案对锁紧状态飞轮转子系统共振频率的影响,得到了较优的抱式外锁紧方案。在此基础上,对飞轮转子进行灵敏度分析,并选择高灵敏度结构参数作为优化设计变量。考虑其结构强度、转动惯量、控制性能、自由状态和锁紧状态一阶共振频率,以飞轮转子质量最小为优化目标,利用序列二次规划法对其进行多学科优化设计。优化结果表明,在满足发射振动工况下,飞轮转子极转动惯量与质量的数值比达到最大为0.0070,比初始值0.0064提高了9.4%。该优化方法提高了飞轮转子设计的可靠性和效率,其首次在轨实验成功对我国磁悬浮飞轮空间应用具有重要意义。     

基于混沌搜索的三级倒立摆LQ控制器设计

研究利用混沌优化的LQ控制方法对三级倒立摆系统进行闭环控制.首先将混沌变量引入LQ控制器的权矩阵参数域,并进行全局范围内直接寻优,当获得全局近似最优解后,再缩小寻优区间,在次优解附近继续寻优,得到全局最优权矩阵参数.仿真结果表明了该方法的有效性和具有良好的抗干扰能力.     

复合材料带缠绕成型过程建模及工艺参数优化

复合材料带缠绕成型过程中,成型工艺参数的选取决定了缠绕制品的性能。采用正交实验法研究各工艺参数对缠绕制品层间剪切强度的影响规律和敏感度,并将正交试验数据与神经网络理论相结合,对带缠绕成型过程进行建模,得到缠绕成型工艺参数与层间剪切强度之间的非线性映射关系,并通过实验验证了模型的可靠性。在此基础上,利用粒子群优化方法在可行工艺参数域内对缠绕成型工艺参数进行优化。仿真与实验结果表明,基于神经网络模型的工艺参数粒子群优化算法能够快速、准确的得到带缠绕成型的全局最优工艺参数组合。使得缠绕制品层间剪切强度达到最优的工艺参数组合为:加热温度115℃,缠绕张力357 N,压辊压力1006 N和缠绕速度0.28 m/s,在最优工艺参数作用下,缠绕制品的层间剪切强度达到102.2 MPa。     

考虑在轨运动可靠性的空间机械臂关节力矩优化方法

提出一种考虑在轨运动可靠性的冗余度空间机械臂关节力矩优化方法。首先将机械臂操作空间中点到点的转移任务从笛卡尔空间转换至关节空间,利用七次多项式插值法对各关节变量进行参数化处理,获得粒子群算法的优化控制参数;与传统路径规划方法不同,将机械臂各关节力矩的均值和最小作为粒子群算法优化求解的目标函数;依据该目标函数以及相应优化控制参数,利用粒子群算法对空间机械臂运行轨迹进行优化求解,得到机械臂关节力矩均值和最小的运行路径。仿真实验表明,相比传统路径规划方法及以关节力矩二范数为目标函数的关节力矩优化方法,在降低冗余度空间机械臂关节力矩均值方面,文中方法分别减小了33.57%和10.47%;在降低关节力矩最大值方面,分别减小了43.25%和6.19%。     

自由漂浮空间机器人末端轨迹优化跟踪控制

针对自由漂浮空间机器人(FFSR)末端轨迹跟踪优化控制中惯性参数不确定的问题,基于状态依赖Riccati方程（SDRE）,提出一种采用标称SDRE控制器与补偿SDRE控制器相结合的组合优化控制器,通过SDRE基本理论及李雅普诺夫方法证明了控制方法能够实现系统跟踪的能量优化和渐近稳定,实现了FFSR在广义雅克比矩阵非奇异条件下的末端轨迹优化跟踪控制。数值仿真表明,控制器能够实现对于期望末端轨迹的有效跟踪。     

固体火箭发动机设计优化参数驾驭技术与应用研究——设计空间确定算法及快速优化方法

设计空间确定算法首先指定一个粗略设计空间,然后利用设计优化驾驭机制逐步调整设计变量值,使其进入满足系统约束的"绿色走廊",最终获得各设计变量取值范围,即为有效设计空间.基于试验设计和坐标轮换法的设计优化参数驾驭快速优化方法,首先通过试验设计对设计空间进行粗略探索,优选较好的设计初始点;从得到的初始点出发,应用坐标轮换思想进行设计优化,其中设计变量优选顺序和单变量优化方向,由设计人员运用设计优化参数驾驭手段,融合设计知识经验进行,最终获得一个或多个较优解.用于高压强固体火箭发动机的设计优化,设计空间确定算法使有效设计空间大大缩小,优化效率提高34%.快速优化方法使设计优化过程完全透明,可用于发动机初步方案设计阶段,快速获得多组较优设计方案.     

多饱和约束拦截弹参数时变系统控制器设计

针对拦截弹参数时变和执行机构饱和非线性影响控制系统性能,提出基于齐次多项式参数相关 Lyapunov 理论和非线性矩阵微分方程凸多面体转换算法相结合的鲁棒最优控制系统设计方案。 通过引入标准饱和约束算子,建立控制系统数学模型并给出控制系统结构;引入饱和归一化因子,把非线性参数时变微分方程转化成线性多胞型微分方程;基于齐次多项式参数相关Lyapunov理论和拓展Pólya’s定理,把参数时变多胞型微分方程转换成齐次多项式参数相关微分方程,并给出齐次多项式参数相关控制器结构;利用迭代算法把非线性矩阵不等式转换成线性矩阵不等式(LMIs),进而基于LMI凸优化理论获得控制器解,设计出的控制器是关于齐次多项式阶次g和Pólya’s松弛度d的函数;通过定点和制导控制系统仿真校验了该算法,仿真结果表明随着齐次多项式阶次g和Pólya’s松弛度d的增加,设计出的控制器在确保系统稳定的前提下改善控制系统性能。