基于量子搜索和高斯变异的MOEA/D算法

在实际应用中,尤其是在研究大规模决策空间的优化问题时,MOEA/D算法容易陷入局部最优。针对此问题,提出了一种基于量子搜索和高斯变异的MOEA/D算法。引入环境迁移模型,将两者进行并联,并且与原算法进行串联,利用量子搜索来提升算法的全局搜索能力,采用高斯变异位置更新方法保证算法的局部搜索能力。同时为了避免算法在迭代后期陷入"早熟"危险,提出了基于邻居位置的量子搜索,通过改变吸引点的生成方式,来加强量子搜索在迭代后期的局部搜索能力。结果表明:改进后的MOEA/D算法与原算法相比,提升了算法的搜索能力,也保证了算法的收敛能力。     

应用后缘装置的跨声速层流翼型多岛优化设计

高雷诺数状态下,自然层流技术(Natural laminar flow,NLF)是减小机翼表面湍流摩擦阻力的有效方法。然而由于层流翼面上大范围顺压梯度的存在使得后缘处的恢复压差更大,产生更强的激波。因此在减小摩擦阻力的同时又增加了激波阻力。本文采用后缘装置(Trailing edge device,TED)来控制翼型后缘处的激波强度,基于线性稳定性理论(Linear stability theory,LST)的eN方法对流动进行转捩判断,进而应用多岛并行多目标进化算法(multi-objective evolutionary algorithm,MOEA)以获得大范围层流区域和弱化激波强度为目标对翼型进行优化设计。优化结果表明合作均衡策略耦合进化算法可以快速地捕捉到该多目标问题的Pareto阵面解,阵面上翼型的波阻力和摩擦阻力性能较初始翼型大大改善。同时,采用后缘装置控制激波强度时,无论在设计点还是偏离设计点时,优化后翼型均具有良好的升阻力特性和鲁棒性。     

λ机翼气动/结构多学科设计与优化

λ机翼锯齿状后缘的气动外形设计增大了展弦比,进而提高了空气动力学效率,但同时也导致结构质量的增加。因此,本文提出了一种针对战斗机类λ机翼的气动/结构多学科设计优化方法,关键步骤包括机翼外形和结构参数化建模、气动分析模型自动生成与外形优化、结构有限元模型自动生成与结构布局/尺寸优化。在ISIGHT软件环境下集成气动、结构优化模块,利用基于代理模型的多级优化方法求解λ机翼气动/结构多目标优化问题。算例结果表明,本文提出的优化方法能够较好地兼顾了λ机翼的气动和结构性能,进而提高初步设计阶段的效率。     

基于遗传算法的复合材料圆柱壳屈曲多目标优化设计

针对复合材料圆柱壳屈曲载荷最大化和缺陷敏感度最小化问题,提出以铺层纤维方向角为设计变量的基于遗传算法的多目标优化方法,采用层合壳屈曲理论计算临界载荷和统计方法计算缺陷敏感度,对由多个个体组成的群体施加选择、交叉和变异等演化操作,通过多代进化得到问题的pareto解.算例优化结果与采用离散方法得到的目标空间解边界比较吻合,验证了方法的准确性和有效性.     

全并行结构FFT的FPGA实现

提出了一种基于FPGA实现的全并行结构FFT设计方法,采用X IL INX公司最新器件V irtex II P ro,用硬件描述语言VHDL和图形输入相结合的方法,在ISE 6.1中完成设计的输入、综合、编译及布局布线,并用M od-e lS im和M atlab对设计作了联合仿真。结果表明,通过利用FPGA器件中大量的乘法器、逻辑单元及存储器等硬件资源,采用全并行加流水结构,可在一个时钟节拍内完成32点FFT运算的功能,设计最高运算速度可达11ns,可实现对高速A/D采样数据的实时处理。     

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。     

涡扇发动机二元排气系统推力与红外特征多目标型面优化设计

以涡扇发动机二元排气系统为例，以排气系统推力系数、3~5 μm波段正尾向红外辐射特征为优化目标，以窄边探测面30°和宽边探测面90°方向的红外辐射特征为约束，以喷管喉道宽高比、喉道型面半径比、收敛半角和扩张半角为优化变量，在发动机地面军用动力状态，研究排气系统推力与红外特征的多目标型面优化设计。在设计过程中，基于正交试验法确定初始样本点，建立排气系统推力系数、红外辐射特征与设计变量间的RBF代理模型，采用自适应模拟退火算法对代理模型进行分析求解。结果表明：多目标优化方法可应用在排气系统推力与红外特征的兼容设计上，并可取得一定的效果，相比基准二元模型，仅通过型面设计，多目标优化后排气系统推力系数提高了5.3%，在正尾向的无量纲积分辐射强度降低了17%。     

基于DSP的单相电能表现场校验仪设计

本文设计了一种高精度、低成本的单相电能表现场校验仪。该校验仪硬件系统以数字信号处理器TMS320F2812为核心,主要包括交流电压电流采样、A/D转换、功率/频率转换和人机接口等电路。软件系统以CCS2000为平台,采用C语言编程实现。实验表明该装置精度达到0.2级。     

基于碳排放和加工时间的切削参数多目标优化研究

制造业低碳减排对于国家“双碳”目标的实现有着极其重要的意义。在切削加工中,切削参数的优化直接影响着加工工艺的效率和碳排放。为了明确切削加工中碳排放、加工时间与切削参数间的量化关系,设计了一种量化数控机床碳排放的系统方法,提出了一种优化切削过程中碳排放和加工时间的多目标数学优化模型。该模型通过最佳的切削参数(v、f、a_p)选择,以机械加工质量(通过表面粗糙度衡量)、生产效率(通过加工时间)为研究对象,以实现降低切削加工的碳排放和提高加工效率的优化目标。     

无接触供电系统功率和效率的分析与优化

为解决在无接触供电系统中,传统的互感耦合系数无法提供原副边独立设计,造成系统功率和效率设计困难的问题,提出一种新的能效计算方法。基于新的耦合系数定义,推导了副边串并联补偿功率和效率,实现了磁感应结构能效设计解耦。通过分析副边绕组匝数、品质因数、截面积等磁耦合结构参数与能效的关系,发现了能效与副边匝数无关的特性,并给出了无接触供电系统的原、副边参数设计流程,提出了功率和效率优化原则和方法,达到了优化磁芯结构、提高系统功效的目的。最后,开发了实验样机,通过实验和仿真验证了理论分析的正确性。     

悬停气弹稳定的盒型梁桨叶动力学多目标优化

基于有限元法建立了盒型梁桨叶的挥舞/摆振气弹稳定性分析模型,提出了多目标、多约束条件下的灵敏度分析方法,采用Satisficing Trade-off Analysis算法,实现了盒型梁桨叶气弹稳定性条件下多约束、多目标优化.最后完成了模型旋翼桨叶的优化与对比验证.结果表明:在气弹稳定条件下,在自转惯量、振动固有频率等多约束条件下,实现桨叶质量减少11.3%,应力减少3.7%的多目标优化,优化性能良好.     

PHEV电动轿车动力系统配置的关键问题与优化设计

插电式混合动力汽车(Plug-in hybrid electric vehicles,PHEV)被认为是电动汽车在目前动力电池瓶颈状态下最具发展潜力的混合驱动型式,而成本控制是其发展的关键。以减小PHEV动力系统尺寸、实现有效成本控制为目的,对影响PHEV动力系统配置的关键问题进行了系统分析,提出动力系统有限分级配置方法以及设计目标和边界条件的确定依据;搭建以设计目标和边界条件为输入、以获取满足条件的最小化PHEV动力系统设置为目标的优化选型平台;基于此平台对国内一线城市某PHEV进行动力系统设计和仿真验算,结果验证了系统配置的合理性和优化平台的有效性。     

集成主动转向功能的电动助力转向参数优化(英文)

建立了融合主动转向功能的电动助力转向系统(新型EPS系统)动力学模型和整车三自由度转向模型;提出了新型EPS系统转向路感、转向灵敏度和转向稳定性的概念及量化公式;并根据多元函数有约束优化问题的特点设计了遗传算法。以转向路感为优化目标,以转向稳定性和转向灵敏度为约束条件,对EPS系统参数进行了多参数变量优化设计。仿真结果表明:应用多目标遗传算法进行EPS系统参数优化可在保证系统具有较好的转向稳定性和转向灵敏度基础上,有效提高了系统的转向路感,为新型EPS系统的设计和优化提供了理论基础。     

基于改进NSGA-Ⅱ算法的航班战略冲突解脱研究

设计了一种改进的非支配排序遗传算法（Non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ, NSGA-Ⅱ）解决战略阶段轨迹规划大规模优化问题。在经典的NSGA-Ⅱ的框架下,采用一种自适应交叉算子与自适应变异算子加快算法的收敛速度并提高解的质量,同时给出衡量Pareto解集优劣的评价指标。大规模四维航迹的引入不可避免地增加了问题的复杂性,本文提出了一种有效的战略冲突解脱模型,旨在最小化潜在的冲突数量和冲突解脱成本。采用中国航路网络繁忙时段1 472架航班进行实例验证,并所提算法与经典的NSGA-Ⅱ算法及MOEA/D进行对比。实验结果表明,改进的NSGA-Ⅱ算法具有更好的优化效果,能够有效地解决航空器之间的冲突并产生较小的航空器航迹调整量。     

基于粒子群优化的直升机飞行控制律设计方法

针对直升机强耦合特性导致飞行控制律设计难度高的问题,提出了一种基于粒子群优化算法的改进线性二次型调节器(Linear quadratic regulator,LQR)设计方法。针对直升机的线化状态空间模型,基于LQR设计方法建立了直升机飞行控制律全状态反馈矩阵的基本求解算法;以系统稳定性为约束,以最大化主状态反馈系数影响因子为目标,设计了粒子群优化算法的指标函数,实现了加权矩阵Q的多参数同步优化设计,并以优化后的主状态反馈系数作为直升机控制律设计结果。采用本文方法对UH-60A直升机悬停状态的飞行控制律进行了设计和验证。结果表明,基于本文方法得到的控制律具有良好的控制性能,并且能够显著提高直升机的飞行品质。同时本文的优化方法系统地解决了LQR设计过程中加权矩阵确定的困难,提高了控制律的设计效率。     

基于FPGA的现场数据采集无线传感器设计

针对大型试验现场数据采集具体应用,采用FPGA器件Cyclone芯片作为核心处理器件,利用Cyclone控制A/D转换芯片AD1674执行采样控制,在QuartusⅡ平台下执行软件编程实现正确的A/D转换的工作时序控制流程,并在FPGA片内实现对AD采样后的数据实现串行结构FIR滤波处理。又设计了FPGA对nRF2401的逻辑接口,以通过射频链路向外传输数据。     

客机机翼气动/结构多学科优化方法

针对客机机翼特点,建立机翼外形和结构参数化模型;应用CATIA二次开发技术和PCL编程,实现气动分析模型和结构有限元模型的自动生成;分析了气动和结构之间的耦合关系,研究一种气动载荷自动加载到结构模型的方法;应用基于代理模型的二级优化方法求解机翼气动/结构设计多学科优化问题;在iSIGHT软件环境下实现机翼气动/结构多学科优化计算流程。算例结果表明,本文提出的机翼气动/结构多目标优化方法能获得关于升阻比和结构重量的最优解集,有助于设计人员确定合理的机翼总体参数。     

大口径反射镜背部支撑结构的响应面优化方法

惯性约束聚变(ICF)装置中大口径反射镜在自重作用下的畸变常常导致其面形精度降低,从而降低整个激光装置的打靶精度。为了满足反射镜面形精度要求,以反射镜通光表面面形峰谷值(PV值)为优化目标,以支撑点位置为设计变量,对两种反射镜背部支撑方式进行优化研究。通过对试验设计方法、常用响应面类型和优化算法的分析,综合考虑优化效率与精度,最终选取Kriging响应面结合遗传算法开展优化工作。为提高优化效率,提出了两步优化策略。首先建立基于全设计范围的粗精度响应面模型,得到表示设计变量与目标量关系的曲面与初步优化结果。然后基于初步优化结果,缩小设计范围建立高精度响应面模型,进一步优化支撑点位置以得到最佳支撑形式。结果表明响应面优化的最优解与该点处的有限元计算结果非常接近,与在有限元模型上直接优化结果的误差在可接受范围内,但计算效率得到了很大提升。     

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。     

空气-空气散热器和冷边系统的联合设计方法

本文根据大量试验数据和设计经验,提出一种确定散热器冷边系统流量的新方法。它不需给出冷风道各段的详细尺寸,分段进行繁琐的计算;只须根据散热器冷边的几个主要结构参数和状态参数,即可估算出与实际很接近的冷风道流量。这不仅解决了散热器设计中冷边流量无法确定的一个难题,而且为散热器和冷边系统的联合设计提供了方便。 文中对冲压式和涡轮抽风式两种冷风道进行了详细的分析和例证,並用新方法的计算值同分段繁琐计算的结果与试验值进行了比较。其误差较小,对于散热器和冷风道的设计来说,已足够精确。 文中以自行设计的某型飞机不锈钢散热器及其冷边系统为例,介绍了联合设计的方法和步骤。这种方法大大提高了设计速度和精度,满足了散热器在不同工况下的性能要求,节省了冷风道调节装置,节约了时间和投资,经多次地面和高空模拟试验与试飞证明,性能符合设计要求。