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《西南交通大学》 2004年
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机构学及优化设计中基于混沌分形的理论与方法的研究

冯春  
【摘要】:混沌分形作为非线性科学研究的核心内容,近二十年来引起了人们的广泛关注,并在混沌分形理论的探讨和混沌分形工程应用等方面均取得了可喜的研究成果。本文对混沌分形理论进行了系统深入的研究,在此研究成果的基础上,对机构学、机器人及全局优化设计主要问题中的混沌分形现象做出了详细的分析,并针对混沌分形在计算运动学、全局优化技术、进化计算等方面的应用做了深入而富有创造性的研究和试验验证,研究面向机构学及全局优化设计中一些一直比较困难的课题。本文的主要内容与创新成果包括以下几个方面: 第一章(绪论)系统回顾了混沌分形的研究历史和发展趋势,详细介绍了混沌分形在机构学及优化设计中的研究进展。在仔细研究了计算运动学、全局优化技术以及进化计算的发展现状的基础上,阐明了课题研究的意义和本文的研究内容。 第二章(混沌分形理论与方法的研究)系统阐述了混沌分形动力学的相关定义和定理,证明了Li-Yorke混沌定义与Devaney混沌定义之间关系和有关命题,研究了Julia点集的混沌特性,证明有关Julia集的关键命题,为混沌分形技术的应用奠定了坚实的理论基础。提出了确定动力系统倍周期分叉点的一种基于遗传算法的计算方法及提出了寻找迭代函数Julia点的方法,为混沌在机构学及优化设计中的应用提供了有效的方法。研究了离散动力系统和连续动力系统的Lyapunov指数,提出了定量识别混沌的新方法:计算最大Lvapunov指数的变分法,为判定混沌是否存在提供了有效方法。 第三章(混沌分形在机构学中的应用研究)将混沌分形技术作为机构学综合问题数值求解的新工具,系统分析了计算运动学各种理论方法的优缺点,研究了计算运动学中的混沌分形现象,通过理论证明和数值试验验证了Newton-Raphson迭代法具有混沌分形特性,提出了求解NR迭代函数Julia点的优化模型及进化规划求解方法,利用非线性离散动力系统在其Julia集出现混沌分形现象的特点,提出了一种基于NR搜索技术的求解机构综合问题全部/部分解的混沌分形方法。并在刚体导引和轨迹再现两大平面机构综合问题上进行了应用研究,比同伦方法找到了更多的有意义的实解。 第四章(混沌分形在无约束全局优化设计中的应用研究)系统地提出了基于混沌分形的无约束全局优化新方法,分析了机械优化设计中各种无约束全局优化方法的优缺点,对牛顿优化方法所构成的非线性离散动力系统的混动分形动力行为进行了深入研究,利用混沌分形理论研究牛顿优化方法对初始 第日页 西南交通大学博士研究生学位论文 点敏感的原因,提出了一种求解牛顿优化迭代函数的Julia点的反函数迭代 方法,发现J。lia集一般具有分形结构,而产生此动力系统的迭代函数在其 Julia集上呈混沌现象,利用牛顿优化方法的混沌分形敏感区域,提出了一种 全局优化的新方法,求解非线性优化问题的全部和/或全局最优解。给出了基 于混沌分形的全局优化新方法的计算步骤,并在函数发生优化综合问题和刚 体导引优化综合问题上进行了应用研究和数值试验,证明了该方法的有效性。 第五章(混沌在约束全局优化设计中的应用研究)提出了基于连续时间 变量的混沌全局优化新方法,证明子贯吐连续系统具有一定的优化能力,同 时证明了通过调整适当的受迫力,惯性耗散系统产生的混沌运动能得到控制, 系统通过混沌运动的方式在众多局部极小点之间迁移,随着受迫力的逐渐消 失,系统最终能收敛到全局最优解,在此理论基础上提出了具有全局优化能 力的基于连续时间变量的混沌优化算法。并研究了应用于冗余度机器人在有 障碍的环境中逆运动学问题优化求解,首次提出了一种避开任意多边形的避 障算法,通过构造避障势函数使该混沌全局优化算法能够处理该约束优化问 题。对平面7自由度操作手的多个仿真试验表明,该优化算法不仅能进行避 障运动而且位置误差非常小。 第六章(混沌进化计算及其在机构学及优化设计中的应用)建立了混沌进 化计算的理论框架,提出了求解复杂工程优化问题的全部/部分极小点的全局 优化算法—混沌进化计算方法。论述了进化计算的理论基础,建立了进化 计算的统一模型;研究了混沌发生器的随机性、遍历性和规律性以及混沌与 进化计算相结合的三种方式。设计了相应的混沌进化算子以及混沌群体嵌入 算子,提出了基于混沌吸引域概念的种群保护策略,适应了极值点分布不均 匀的情况,达到求解全部/大部分极小点的目的。针对机械优化设计中普遍存 在的混合离散变量问题,完整地阐明了利用线性表技术实现离散变量的编码 方法,连续变量按加工精度离散化编码方法,多余码的处理技术的混合个体 表示方法,并用于机械工程优化设计实例求解。并将混沌进化计算应用于机 构运动链同构识别中,建立了机构运动链同构识别全新的优化模型,提出了 用有序编码来描述机构运动链的变换矩阵,设计了有效的混沌有序进化算子, 实例研究及计算机仿真,显示该方法是成功的。 最后,结论部分对本文工作进行了总结,指出了进一步研究的方向。 关键词:混沌;分形;计算运动学;全局优化设计;进化计算
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TH112

【引证文献】
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1 张均富;徐礼钜;王进戈;;基于混沌计算的可调球面四杆机构轨迹综合[J];机械科学与技术;2007年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 宋晓琳;基于免疫算法的汽车主动悬架控制技术研究[D];湖南大学;2007年
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1 王逢全;基于虚拟样机技术的液压脱钩器仿真及优化[D];大连理工大学;2006年
【参考文献】
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 雷经发;扈静;杨仲义;;基于Groebner基的平面两自由度七杆滑块机构位置分析符号解[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2006年01期
8 刘继龙;张振华;;基于马尔可夫模型的粮食产量丰歉状态预测[J];安徽农业科学;2006年09期
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10 蔡爱民,查良松;基于分形理论的安徽省旱、洪涝灾害时序特征分析[J];安徽农业大学学报;2005年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 施式亮;何利文;伍爱友;李润求;;基于分形学的瓦斯爆炸事故时序数据分析模型及应用[A];中国职业安全健康协会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 周宇飞;陈信怀;;电力电子中的混沌现象及其应用研究[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
3 冯俊娥;崔鹏;;线性奇异时滞系统的干扰解耦[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 刘羿彤;付梦印;高宏斌;;一种改进的PSO算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 ;An Improved General Particle Swarm Optimization Algorithm for Fast Infrared Image Segmentation[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 洪露;穆志纯;;一种新的克隆混沌调节算法的研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 杜陈艳;肖敏;张榆锋;苏娜峰;王荔芳;陈明;石岩岩;白宝丹;;相空间最近邻非线性自适应预测法在EMD边缘效应中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 马建华;;单行道设置问题的优化模型[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 徐耀群;何少平;;傅立叶混沌神经网络及其在优化中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 姚跃亭;赵建军;王毅;王校锋;;WTA问题遗传算法的混沌改进[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 罗启彬;基于混沌理论的遥测信息安全技术研究[D];中国工程物理研究院;2009年
2 张杏莉;几何约束求解关键问题研究[D];山东科技大学;2010年
3 吴冬梅;基于达芬振子的微弱信号检测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 孙明;基于小波和迟滞的混沌神经网络及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 雷亚辉;水下目标的时间反转法声探测技术应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 孙鹏飞;基于计算智能技术的蛋白质结构预测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
8 刘翔宇;基于直接横摆力矩控制的车辆稳定性研究[D];合肥工业大学;2010年
9 韩守东;纹理建模与图切分优化方法研究[D];华中科技大学;2010年
10 王栋;随机与混沌神经放电节律的时间序列分析[D];陕西师范大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 武文宾;冲击地压的非线性岩梁混沌动力学分析[D];山东科技大学;2010年
2 曹永超;超混沌系统的生成及同步控制研究[D];山东科技大学;2010年
3 张莉;n-GaAs中的混沌研究[D];长春理工大学;2010年
4 贺莉;基于Matlab的永磁直线同步电机混沌系统研究[D];郑州大学;2010年
5 许红珍;不确定混沌系统同步方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 陈海艳;分数阶混沌系统的同步控制[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 王晓艳;非线性混沌电路的分析与设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 刘翠;水声图像阈值分割及智能优化算法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 董衍堂;基于铌酸锂晶体的体全息存储与相关识别研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 王爽;基于混沌优化的PID控制器参数调整[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 石晓荣,张明廉;一种基于混沌神经网络的拟人智能控制方法[J];北京航空航天大学学报;2004年09期
2 张景波;马岳峰;刘昭度;齐志权;;New Adaptive Approach for Road Condition Identification in ASR Control System[J];Journal of Beijing Institute of Technology(English Edition);2006年01期
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6 李奎贤,宋桂秋,彭武良,王新中;挖掘过程及机械参数优化设计[J];东北大学学报;2001年03期
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9 张韵农,何振亚,蔚承建,裴文江;图像增强的自适应免疫算法[J];东南大学学报(自然科学版);2002年03期
10 高琳,许进,张军英;DNA计算的研究进展与展望[J];电子学报;2001年07期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 王磊;免疫进化计算理论及应用[D];西安电子科技大学;2001年
2 罗小平;人工免疫遗传学习算法及其工程应用研究[D];浙江大学;2002年
3 孙建民;车辆主动悬架系统控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
4 康波;混沌控制与混沌优化及其在组合电路测试生成中的应用研究[D];电子科技大学;2003年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
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2 王玉勤;;基于最小二乘递推算法的半主动悬架系统参数辨识[J];井冈山大学学报(自然科学版);2011年05期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 李仕生;车辆可变阻尼减振器半主动悬架研究[D];重庆大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 王玉勤;基于免疫粒子群算法的轿车液压半主动悬架系统的应用研究[D];安徽工程大学;2011年
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3 蔡福海;全地面起重机油气悬架系统仿真与优化[D];大连理工大学;2006年
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7 金玲;基于主动悬架的越野汽车动力学仿真研究[D];武汉理工大学;2010年
8 温保岗;主动悬架控制策略研究及试验台设计[D];长安大学;2010年
9 束鹏程;多缸等温锻造液压机液压速度伺服系统关键技术的应用研究[D];合肥工业大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 曹晓华,蒋卫华,沈继红;一种基于混沌的优化算法[J];黑龙江商学院学报(自然科学版);2000年01期
7 肖人彬,胡维刚,周济,余俊;设计过程的一种描述性模型[J];华中理工大学学报;1996年02期
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9 冯春,陈永;遗传算法在一类组合优化中的应用[J];计算机工程与应用;2001年05期
10 李立,陈永;用同伦迭代法进行平面Stephenson Ⅲ型六杆机构的函数发生器综合[J];机械传动;1999年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 余光伟;多平行轴齿轮—轴承—转子系统耦合振动的有限元分析[D];上海大学;1999年
【相似文献】
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7 邹慧君;;“机构学与发明”专题讨论会即将召开[J];机械制造;1983年06期
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9 张纪元;机构学中非线性问题的解法述评[J];上海海运学院学报;2000年04期
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1 徐春玉;;基于泛集的神经网络的混沌性[A];1996中国控制与决策学术年会论文集[C];1996年
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3 ;欢迎参加2002年8月24~27日全国机构学学术研讨会[A];第十三届全国机构学学术研讨会论文集[C];2002年
4 ;中国机械工程学会机械传动分会机构学专业委员会机构学学术贡献奖、学术创新奖评奖章程[A];第十三届全国机构学学术研讨会论文集[C];2002年
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6 李立;刘朝晖;陈永;;用同伦迭代法求解刚体空间四位置的最小有理球半径问题[A];第十二届全国机构学学术研讨会论文集[C];2000年
7 门玉明;李寻昌;刘英朴;;地质灾害防治工程全局优化设计理论研究[A];全国岩土与工程学术大会论文集(上册)[C];2003年
8 ;2006年中国机构学与机器科学学术研讨会会讯[A];全国印刷、包装机械凸轮、连杆机构学术研讨会(第6届全国凸轮机构学术年会)论文集[C];2005年
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10 白士红;路敦勇;孔凌嘉;张春林;;生物力学与机构学的新发展[A];第十三届全国机构学学术研讨会论文集[C];2002年
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2 朱国亮;甘肃贫困家庭落榜生学技能可享政府补贴[N];中国社会报;2007年
3 袁永明;博物馆门票优惠制度应该惠及全体学子[N];中国文物报;2006年
4 本报记者 周惟菁;再造新东方:老虎5000万美金注资学而思[N];21世纪经济报道;2009年
5 ;机械科学家、教育家张启先院士逝世[N];光明日报;2002年
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7 记者 梁杰;国内教育培训机构扎堆美国上市[N];人才市场报;2010年
8 王瑞红;靠父母养活的新一代失业群体[N];中国审计报;2005年
9 李建伟;等离子体消毒前景看好[N];健康报;2003年
10 谢会昌;实施“科教兴国”战略 提供强大人力资源[N];人民政协报;2002年
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1 冯春;机构学及优化设计中基于混沌分形的理论与方法的研究[D];西南交通大学;2004年
2 张凯;软件缺陷混沌分形描述与软件质量进化度量的研究[D];武汉理工大学;2005年
3 郑魁敬;新型五自由度并联机床机构学分析与控制系统开发[D];燕山大学;2004年
4 冯治国;步行康复训练助行腿机器人系统[D];上海大学;2009年
5 屠立;柔性机械臂集成建模与结构控制优化设计技术[D];浙江大学;2009年
6 郑长煌;基于混沌理论和计算机视觉对肺癌的诊断研究[D];暨南大学;2010年
7 谢进;基于非线性科学理论的机构设计新方法的研究[D];西南交通大学;2006年
8 杜力;可调双输出函数发生机构及其自调结构设计研究[D];重庆大学;2007年
9 胡俊峰;柔性机器人机构动力学分析及振动控制研究[D];华南理工大学;2010年
10 张帆;大功率光纤激光器的关键单元技术研究[D];北京交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 常悦;混沌分形图在日用品设计中的应用研究[D];沈阳建筑大学;2011年
2 李阳飞;放缩机构的模块化设计及应用[D];北京邮电大学;2012年
3 纪禄平;基于MPEG-4的视频分形压缩编码技术研究[D];电子科技大学;2005年
4 焦攀;混沌分形在铜绿山矿区降雨量预测中的应用[D];武汉理工大学;2007年
5 张珏;空间5R与4R1S单闭环可折展机构的分析与优化研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
6 张涛;基于OpenGL和机构学的手语合成[D];上海海事大学;2004年
7 韩小龙;混沌分形理论在期货市场的应用研究[D];天津大学;2004年
8 刘聪;一种四自由度混联机构的设计方法研究[D];天津大学;2012年
9 熊渊;基于球面4R机构的运动学和力学理论与仿真对比研究[D];郑州大学;2012年
10 陈玉红;平面放缩机构的设计与仿真[D];北京邮电大学;2011年
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