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《大连理工大学》 2007年
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具有性能约束的三维布局优化的理论及算法

铁军  
【摘要】: 布局问题是一类寻求几何物体在有限的空间中合理布置的混合(离散与连续)组合优化问题,同时也是运筹学与组合数学的研究的热点问题。有着广泛的工程应用背景。本文以人造卫星仪器舱布局设计为背景,研究具有性能约束的三维布局优化问题。 人造卫星舱布局问题是研究在满足各种工程技术条件下,特别是在不干涉约束条件下,如何将各种仪器和设备布置在卫星仪器舱内,使得总体布局的某一项或几项评价指标达到最优。具有性能约束的三维布局优化问题在数学上属于NP-难(NP-hard)或NP完全(NP-complete)问题,面临的主要挑战和困难是建模和求解困难,同时还要解决计算量上的组合爆炸问题。鉴于该问题具有建模和求解的高度复杂性,其完全解决还需要长期的研究过程。 本文主要工作包括以下几个方面: 1.研究圆柱体图元在圆柱空间中的具有性能约束的三维布局问题,分析了该类问题的特征,建立以聚集性为目标的具有性能约束的三维布局问题的优化模型(PⅠ),建立以静不平衡量为目标函数的具有性能约束的三维布局优化模型(PⅡ)。首次提出具有性能约束的三维布局优化问题的多目标规划模型(PⅢ)。 2.提出不干涉函数的概念,对于布局设计可行性的判定问题,能够给出严格判断。所提出的数学模型,灵活性较大,可方便地处理带有其它目标要求和性能约束的三维布局问题。针对圆柱空间中圆柱体图元的三维布局优化模型(PⅠ)和(PⅡ),研究了目标函数的若干重要性质,证明了一阶最优性条件。 3.建立了长方体空间中具有性能约束的长方体图元和圆柱体图元的三维混合布局优化模型。应用图论、群论等工具克服了布局优化问题中时断时续性质所带来的困难,在此基础上构造了一个全局收敛的优化算法。 4.稳定、收敛、高效的优化算法是求解三位布局优化问题的基础,是布局优化理论研究发展水平的重要标志。针对圆柱空间中圆柱体图元布局问题的三种优化模型,研究具有性能约束的三维布局问题的优化算法。在MATLAB平台上,分别用罚函数法、极大极小方法和多目标规划中的理想点法对多个算例进行计算。经给定规模的布局设计算例验证,上述算法在卫星仪器舱布局设计问题上是可行的,且理论上可用于求解更大规模、更复杂的航天布局设计问题。为解决人造卫星仪器舱的布局优化设计的实际问题奠定了一种数学基础。 综上所述,本文工作理论上可望推广应用于具有不同布局空间和考虑其他设计目标、约束条件的布局设计问题,有助于航天器布局设计理论的研究进展。在算法实践上期望有助于人造卫星仪器舱布局设计问题实用化方法与技术研究和应用,并可望推广应用于其它复杂航天器布局设计领域。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O224

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 白明;船舶管系路径优化算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 廖尧;造船厂钢板库布局优化及管理信息系统开发[D];大连理工大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陆一平,查建中,李建勇,鄂明成;一种基于邻接极小搜索的布局模式生成方法[J];北方交通大学学报;2000年04期
2 邓四二,滕弘飞,邢玉生,钟万勰;一类带性能约束的二维几何布局优化[J];大连理工大学学报;1991年02期
3 陈国庆,冯恩民,滕弘飞;具有性能约束几何布局优化模型的研究[J];大连理工大学学报;1992年04期
4 滕弘飞,孙守林,葛文海,杨永辉,娄汉文;旋转舱内圆柱体及长方体群布局优化[J];大连理工大学学报;1993年03期
5 王秀梅,冯恩民,膝弘飞;旋转舱布局优化模型的主要性质及不干涉性算法[J];大连理工大学学报;1995年02期
6 滕弘飞,高轩,郁志诚;中国围棋棋谱在装填布局中的工程应用[J];大连理工大学学报;1995年04期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 钱志勤;人机交互的演化设计方法及其在航天器舱布局方案设计中的应用[D];大连理工大学;2001年
2 张旭;具有拓扑结构布局优化的理论及算法[D];大连理工大学;2004年
3 孙治国;一类航天器布局设计问题的顺序、物理(空间)分解协调方法[D];大连理工大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王庆;;关于信赖域方法的注记和改进[J];安徽广播电视大学学报;2011年01期
2 陆一平,查建中,李建勇,鄂明成;一种基于邻接极小搜索的布局模式生成方法[J];北方交通大学学报;2000年04期
3 唐晓君,查建中,陆一平;布局问题的复杂性和建模方法[J];北方交通大学学报;2003年01期
4 李楠;张瑞红;查建中;陆一平;于家晴;;基于公理设计方法的工程布局CAD系统设计[J];北京交通大学学报;2010年06期
5 王彩红;查建中;陆一平;赵海涛;;装甲车辆动力舱智能布置设计研究[J];兵工学报;2007年06期
6 李江涛;刘静华;何涛;;进化策略在无比例工程图布局优化中的应用[J];北京航空航天大学学报;2007年03期
7 雷贺功,孙厚芳,刘汉雄;冲裁件优化排样的多边形顶点射线算法[J];北京理工大学学报;2004年09期
8 陶庆云;邹庆云;;模拟退火算法求解矩形物体布局问题[J];湖南文理学院学报(自然科学版);2009年01期
9 曹斌,谭建荣,岳晓莉;地下管线规划设计和信息管理中的问题探讨[J];城市规划;2001年09期
10 成卫;陈月明;董玉佩;;考虑路段流量不确定性的OD矩阵反推算法[J];城市交通;2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前9条
1 焦纲领;邓建辉;;基于符号运算的线性规划问题求解方法研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
2 赵玲玲;周水生;王雪岩;;基于集成算法的半监督学习[A];第十四届全国信号处理学术年会(CCSP-2009)论文集[C];2009年
3 田桂香;陆一平;查建中;侯国华;;基于Pro/E二次开发的三维实体布局中待布物简化方法的研究[A];全国先进制造技术高层论坛暨制造业自动化、信息化技术研讨会论文集[C];2005年
4 王彩红;查建中;陆一平;张云峰;;人机协同的智能布置设计系统模型的研究[A];可持续发展的中国交通——2005全国博士生学术论坛(交通运输工程学科)论文集(下册)[C];2005年
5 滕弘飞;孙治国;胡清泥;刘占伟;;航天器舱计算机辅助布局设计[A];第六届全国计算机应用联合学术会议论文集[C];2002年
6 柳丽;归庆明;陈轲;;GPS动态定位中块模型的递归M估计及其拟牛顿算法[A];中国现场统计研究会第十三届学术年会论文集[C];2007年
7 刘明静;马运义;;舱室布置设计优化方法研究[A];第四届全国船舶与海洋工程学术会议论文集[C];2009年
8 李晓磊;周京阳;于尔铿;潘毅;;电力系统机组组合研究综述[A];中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集(上册)[C];2008年
9 孙友松;罗月参;;冲裁件优化排样的顶点算法[A];中国机械工程学会锻压学会第六届学术年会论文集[C];1995年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵进慧;膜计算仿生优化算法及应用研究[D];浙江大学;2010年
2 陈林;转轨时期中国行政垄断的经济绩效研究[D];暨南大学;2011年
3 王勇;基于进化算法求解复杂连续优化问题的研究[D];中南大学;2011年
4 张襄松;几类优化问题的算法及应用研究[D];西安电子科技大学;2011年
5 贺小伟;生物发光断层成像中光源重建逆问题研究[D];西安电子科技大学;2011年
6 侯彦宾;生物发光断层成像的系统设计与算法研究[D];西安电子科技大学;2011年
7 何美玲;基于可靠性分析的物流服务供应链设计与协调[D];西南交通大学;2010年
8 赵志刚;动态测量不确定度理论的拓展及其应用研究[D];清华大学;2009年
9 李远;多UAV协同任务资源分配与编队轨迹优化方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
10 付樟华;二维不等圆Packing问题的现实求解途径[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 罗婷婷;飞机钣金叠板数控套裁下料软件系统的研究[D];南昌航空大学;2010年
2 白明;船舶管系路径优化算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 宋策;面向车间设备布局的精英蚁群算法研究[D];大连理工大学;2010年
4 吴雄;多面体理论在时间依赖中国邮路问题中的应用[D];大连理工大学;2010年
5 孟繁鑫;基于弧—路径变量的时变中国邮路问题整数规划方法[D];大连理工大学;2010年
6 赵海坤;模糊线性规划理论的模糊结构元解法研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
7 陈洋洋;基于鲁棒优化的电量分配模型的研究[D];长沙理工大学;2010年
8 杨林;求解带性能约束圆集布局问题的启发式蚁群算法研究[D];湘潭大学;2010年
9 徐林西;两类多层线性规划问题[D];湘潭大学;2010年
10 高宝庆;基于迭代法的电容层析成像图像重建算法[D];哈尔滨理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 贾煜亮;缪立新;;自动化立体仓库中货位实时分配优化问题研究[J];北京交通大学学报(社会科学版);2007年04期
2 李薇;;扬子江船厂物流管理信息系统[J];船舶工业技术经济信息;2002年07期
3 黄大雷;专家系统及其在船舶自动化中的应用[J];船电技术;1994年02期
4 刘斌;蒋丹;齐恩伍;;基于蚁群算法的三维管路优化[J];东华大学学报(自然科学版);2008年03期
5 范小宁;林焰;纪卓尚;;基于自适应退火遗传算法的船舶管路布局优化方法[J];大连理工大学学报;2007年02期
6 徐晓飞;霍利;;基于模糊调度法则的单件车间作业计划排序算法[J];大连铁道学院学报;2005年04期
7 何礼顺;赵林度;马新露;;基于非线性规划的立体仓库存储区优化设计[J];东南大学学报(自然科学版);2007年S2期
8 金利潮,吕庭豪;船舶管路综合布置要点[J];广船科技;2002年02期
9 陆一平,查建中,李建勇,鄂明成;抽象物体的2~n-叉树表示及其在高维布局问题中的应用[J];工程图学学报;2001年04期
10 王金敏,查建中,王爱虎,段国林;一种生成物体八叉树模型的新算法[J];河北工业大学学报;1996年02期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 冯军;船舶舱室智能虚拟布置设计方法与关键技术研究[D];武汉理工大学;2005年
2 范小宁;船舶管路布局优化方法及应用研究[D];大连理工大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 王英明;单件小批车间作业计划与调度监控集成系统的研究与应用[D];广东工业大学;2003年
2 周洪伟;遗传算法“早熟”现象和改进策略研究[D];解放军信息工程大学;2004年
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4 沈中华;基于蚁群优化算法的仓库布局优化研究[D];合肥工业大学;2006年
5 曹战;基于遗传算法的车间设备布局问题研究[D];大连交通大学;2007年
6 戚志福;自动化立体仓库管理与监控系统化设计与实现[D];华中科技大学;2007年
7 王广民;造船厂钢板堆场出库作业计划建模及优化研究[D];大连理工大学;2009年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 王龙;造船厂钢板出库计划并行嵌套优化算法研究[D];大连理工大学;2011年
2 徐萍;造船厂钢板入库作业优化及钢板管理信息系统开发[D];江苏科技大学;2011年
3 安婷婷;制造企业新建仓库平面布局规划问题研究[D];大连海事大学;2012年
4 周杰;无人艇布局优化方法研究与探索[D];哈尔滨工程大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孔天明,洪先龙,乔长阁;VEAP:基于全局优化的有效VLSI布局算法[J];半导体学报;1997年09期
2 王乃龙,戴宏宇,周润德;用模拟退火算法实现集成电路热布局优化[J];半导体学报;2003年04期
3 陆一平,查建中,李建勇,鄂明成;一种基于邻接极小搜索的布局模式生成方法[J];北方交通大学学报;2000年04期
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6 邓四二,滕弘飞,邢玉生,钟万勰;一类带性能约束的二维几何布局优化[J];大连理工大学学报;1991年02期
7 陈国庆,冯恩民,滕弘飞;具有性能约束几何布局优化模型的研究[J];大连理工大学学报;1992年04期
8 滕弘飞,孙守林,葛文海,杨永辉,娄汉文;旋转舱内圆柱体及长方体群布局优化[J];大连理工大学学报;1993年03期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 陈琪锋;飞行器分布式协同进化多学科设计优化方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
【相似文献】
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1 滕弘飞,孙守林,葛文海,钟万勰;转动圆桌平衡摆盘——带平衡性能约束的Packing问题[J];中国科学A辑;1994年07期
2 吴虎;孙娜;;多级轴流压气机多叶排调节扩稳优化分析[J];力学与实践;2010年02期
3 汪驭超;韦张勇;;基于模拟退火算法的矿井生产系统布局优化设计[J];科技致富向导;2011年05期
4 翟金刚,冯恩民,李振民,尹洪超;带性能约束布局问题的不干涉遗传算法[J];大连理工大学学报;1999年03期
5 李康元;;多功能结构优化方法[J];运筹学学报;1992年01期
6 雷德成;带性能约束的圆形图元布局等价类研究[J];大连铁道学院学报;1998年01期
7 铁军;冯恩民;;具有性能约束的三维布局优化模型的主要性质[J];运筹学学报;2009年01期
8 冯恩民,许广键,滕弘飞;带性能约束的矩形图元布局优化模型及不干涉性算法[J];高校应用数学学报A辑(中文版);1993年01期
9 冯恩民,王锡禄,王秀梅,滕弘飞;带性能约束布局问题的全局优化算法[J];高校应用数学学报A辑(中文版);1999年01期
10 詹耀清;王武;杨富文;;一类测量数据丢失网络控制系统的混合H_2/H_∞控制[J];福州大学学报(自然科学版);2008年01期
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1 郭杨;杨宝庆;王仕成;姚郁;;暂态H_∞ 性能约束下的有限时间系统镇定方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
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3 王巍;方滨兴;张宏莉;;网格环境下的限定性并行程序可达性测试算法[A];全国网络与信息安全技术研讨会'2005论文集(上册)[C];2005年
4 刘明静;马运义;;舱室布置设计优化方法研究[A];第四届全国船舶与海洋工程学术会议论文集[C];2009年
5 杨志红;马广富;胡庆雷;;基于观测器结构的多目标综合[A];2003中国控制与决策学术年会论文集[C];2003年
6 秦长涛;吴爱国;段广仁;;混和H_2/H_∞状态反馈控制[A];第二十四届中国控制会议论文集(上册)[C];2005年
7 刘建;黄文奇;;一种求解带作用力约束圆形布局问题的启发式算法[A];全国第19届计算机技术与应用(CACIS)学术会议论文集(下册)[C];2008年
8 李志宇;蔡俊伟;胡寿松;;非线性系统H_∞模糊输出反馈容错控制[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第五分册)[东南大学学报(增刊)][C];2009年
9 尚群立;孙优贤;;一类不确定线性系统混合H_2/H_∞控制[A];1998年中国控制会议论文集[C];1998年
10 沈韶华;;圆弧齿圆柱蜗杆传动的模糊优化设计[A];第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 记者 戴丽昕;神光Ⅱ拓展研究领域[N];上海科技报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 铁军;具有性能约束的三维布局优化的理论及算法[D];大连理工大学;2007年
2 黄靖;分布式实时应用环境中的软件合成与软件集成研究[D];华中科技大学;2006年
3 林一松;面向GPU的低功耗软件优化关键技术研究[D];国防科学技术大学;2012年
4 季爱明;二维阵列型可重构计算设计空间搜索方法研究[D];浙江大学;2006年
5 蒋培刚;线性不确定时滞系统的鲁棒控制研究[D];浙江大学;2001年
6 李利;液压集成块智能优化设计理论与方法研究[D];大连理工大学;2002年
7 岳本贤;粒子群算法拓展研究及在约束布局优化中应用[D];大连理工大学;2012年
8 张刚;复杂结构产品虚拟布局与装配关键技术研究[D];四川大学;2005年
9 王洪磊;典型机电产品节能降耗设计的能量流建模、优化与应用[D];清华大学;2011年
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1 高泽旭;带性能约束的气象卫星舱布局优化设计[D];南京信息工程大学;2013年
2 仇一泓;面向流程的组合代价优化方法研究[D];山东大学;2007年
3 周子铃;带静不平衡约束的气象卫星舱的启发式布局算法[D];南京信息工程大学;2013年
4 仲光苹;连续广义系统的可靠线性二次优化控制[D];黑龙江大学;2009年
5 杨林;求解带性能约束圆集布局问题的启发式蚁群算法研究[D];湘潭大学;2010年
6 李耀辉;基于约束的VLSI布图算法研究与实现[D];武汉理工大学;2011年
7 张国建;基于启发式策略的气象卫星舱布局算法研究[D];南京信息工程大学;2012年
8 吴第旻;地下坑道暖通管线综合优化方法研究与设计[D];国防科学技术大学;2006年
9 李建华;不确定动态系统的鲁棒模型降阶方法研究[D];大庆石油学院;2008年
10 范光宇;软件优化技术在软件开发项目中的应用研究[D];电子科技大学;2010年
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