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《中国人民解放军国防科学技术大学》 2003年
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飞行器分布式协同进化多学科设计优化方法研究

陈琪锋  
【摘要】: 论文以航天装备体系及其它复杂飞行器系统的多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization,简称MDO)为应用背景,针对航天装备卫星系统设计中存在大量离散和整数设计变量、设计空间非凸和不连通、具有多个局部最优点等特点和现有MDO方法过程难以处理离散和整数变量、对复杂设计空间非常敏感、易于陷入局部最优、不能有效处理多目标等缺陷,采用协同进化的思想,系统地进行基于分解协调的MDO方法研究。 给出了一种多学科设计优化问题的分解与协调方式,这种分解方式同时适用于单目标和多目标问题。证明了用这种分解方式分解后的问题与MDO原始问题的全局最优解(或全局Pareto最优解)的等价性,以及这种分解方式保留了MDO原始问题的所有局部最优解(或局部Pareto最优解)。 采用协同进化算法求解按上述方式分解后的问题,给出了协同进化MDO算法的基本过程,并分别构造了合作协同进化MDO算法和分布式协同进化MDO算法。采用NASA兰利研究中心MDO分部提供的四个MDO测试问题进行测试的结果表明,协同进化MDO算法在搜索全局最优解的能力方面明显优于其它MDO方法,其中分布式协同进化MDO算法比合作协同进化MDO算法具有明显的优势。 研究了异步并行的分布式协同进化MDO算法,并基于CORBA进行了网络分布式实现。不但实现了各学科的并行设计优化,而且同一学科内部也实现了并行优化,从而能大大加快设计进程,同时具有很好的灵活性、可伸缩性和容错性。测试表明异步并行的分布式协同进化MDO算法与单机顺序执行的分布式协同进化MDO算法的收敛性能相当。 给出了一种分布式的多目标进化算法,它是用分布式进化方式对Deb的NSGA-Ⅱ的改进,用五个困难的多目标优化测试问题对该算法的测试表明这种改进明显的提高了算法的性能。与其它多目标进化算法求解结果的比较显示了分布式多目标进化算法具有很强的求解多目标优化问题的能力。此外,分布式多目标进化算法还非常适合在网络环境的多台微机上异步并行实现。在分布式多目标进化算法研究的基础上,将非优超排序和排挤的多目标处理机制引入分布式协同进化MDO算法中,形成了多目标的分布式协同进化MDO算法。 将以上方法应用于某导弹的总体参数优化设计,同时也是对算法的进一步测试。计算结果表明:协同进化MDO算法求解该问题是有效的,其中分布式协同进化MDO算法优于合作协同进化MDO算法;异步并行的分布式协同进化MDO算法在保证收敛性能的同时大大加快了优化进程;多目标的分布式协同进化MDO算法仅一次运行就很好的逼近了问题的整个Pareto最优前沿,比用约束法求解Pareto最优集节省了大量计算开销,而且通过网络多台微机的分布式并行执行大大缩短了搜索时间。 针对不能直观确定星座结构的复杂卫星星座设计问题,采用一种可变维数优化的染色体表示和一组适合卫星星座设计的专用进化算子,设计了一种区域覆盖卫星星座结构与参数同时优化的进化算法,用一个虚拟的海洋监视卫星星座设计实例对算法进行了检验,结果表明该方法十分有效。 研究了一个具有离散/连续混合变量、需进行结构和参数同时优化的海洋监视卫星星座 国防科学技术大学研究生院学位论文 系统的多学科设计优化问题,作为算法在航天装备体系多学科设计优化中应用的示例。分 析了卫星星座系统设计所涉及的学科及它们之间的祸合关系,特别是卫星设计中各分系统 之间的祸合关系。建立了该海洋监视卫星星座系统的覆盖分析模型、卫星设计分析模型、 卫星成本分析模型和发射费用分析模型。应用分布式协同进化MDO算法进行优化,实现 了星座设计优化和卫星设计优化在自治基础上的充分协同,获得了比传统的串行设计方法 的优化结果更好的解。 论文研究初步形成了一套适用于各种类型设计变量、复杂设计空间,可进行单学科、 多学科、单目标、多目标设计优化,以异步并行方式在分布式计算机网络环境下运行,能 保持各学科设计优化在自治基础上充分协同搜索系统整体最优,能以较大概率收敛到系统 全局最优解的分布式协同进化MDO算法体系,为我国航夭装备体系及其它复杂工程系统 的多学科设计优化提供了有效、实用的理论与方法基础。
【学位授予单位】:中国人民解放军国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:V423

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭爱斌;米洁;董晓琴;邓家禔;;概念设计集成系统与星座方案探索[J];北京航空航天大学学报;2007年05期
2 谭春林;庞宝君;张凌燕;黄海;;对地观测卫星总体参数多学科优化[J];北京航空航天大学学报;2008年05期
3 赵勇;许林;陈小前;王振国;;基于MDO方法的卫星集成设计系统分析与实现[J];国防科技大学学报;2006年04期
4 赵峰;程素斌;杨磊;韦喜忠;李胜忠;;水面舰船航行性能MDO系统顶层设计研究[J];船舶力学;2012年11期
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7 马明旭;王成恩;张嘉易;黄章俊;;复杂产品多学科设计优化技术[J];机械工程学报;2008年06期
8 赵勇;刘霞;陈小前;王振国;;卫星总体多学科设计优化过程分析[J];中国制造业信息化;2006年15期
9 范文慧;肖田元;;复杂产品协同设计、仿真、优化一体化平台[J];科技导报;2007年04期
10 许存宁;王晓娟;;复杂产品设计的过程控制与MDO协同方法[J];青海大学学报(自然科学版);2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 周盛强;向锦武;;进化合作博弈在飞机总体优化中的应用[A];第二届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2006年
2 范文慧;肖田元;;复杂产品协同设计、仿真、优化一体化平台[A];仿真科学技术发展及应用论文汇编[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王琦;MDO优化算法研究[D];南京航空航天大学;2008年
2 梁立波;近距离导引段交会轨迹安全性的定量评价和设计优化方法[D];国防科学技术大学;2011年
3 刘晓路;对地观测卫星系统顶层设计参数优化方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
4 冯佰威;基于多学科设计优化方法的船舶水动力性能综合优化研究[D];武汉理工大学;2011年
5 王学军;大型离心压缩机产品精益设计研究与应用[D];东北大学;2009年
6 肖蜜;多学科设计优化中近似模型与求解策略研究[D];华中科技大学;2012年
7 陈小前;飞行器总体优化设计理论与应用研究[D];国防科学技术大学;2001年
8 贺勇军;面向效能优化的复杂多卫星系统综合建模与仿真方法研究[D];国防科学技术大学;2004年
9 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
10 史彦军;复杂布局的协同差异演化方法与应用研究[D];大连理工大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘晓卫;集装箱船结构静动态协同优化设计研究[D];江苏科技大学;2011年
2 胡燕华;基于二维模型的发动机总体设计多学科优化方法研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 林康;基于仿真驱动的大型亚声速后掠翼的设计评估与优化研究[D];河北工业大学;2011年
4 葛杰;基于RSM的导弹总体设计优化系统研究与实现[D];国防科学技术大学;2005年
5 郭忠全;多学科设计优化方法在卫星总体设计中的应用研究[D];国防科学技术大学;2005年
6 李波;基于多学科的飞行器并行工程支撑技术的研究[D];国防科学技术大学;2005年
7 王伟;多体动力学仿真优化集成及其文档生成技术的研究[D];山东科技大学;2006年
8 陈仁伍;MDO在空空导弹设计中的应用[D];西北工业大学;2007年
9 潘雷;某型地空导弹的多学科设计优化研究[D];西北工业大学;2007年
10 周正;吸气式高超声速飞行器后体尾喷管优化设计[D];中国空气动力研究与发展中心;2008年
【参考文献】
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1 王琦;MDO优化算法研究[D];南京航空航天大学;2008年
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10 范丽;卫星星座一体化优化设计研究[D];国防科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李晓斌;非圆截面导弹空气动力工程估算方法研究[D];国防科学技术大学;2001年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 乔志杰;程翠翠;;基于遗传算法优化的模糊PID控制研究及其仿真[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2009年03期
4 徐文婷;李承鹏;;基于自适应遗传算法的离散化方法[J];合肥师范学院学报;2011年03期
5 王金亮;陈全;;模糊层次综合分析法在油库安全评价中的应用[J];安防科技;2011年04期
6 王金亮;陈全;;模糊层次综合分析法在油库安全评价中的应用[J];安防科技;2011年10期
7 安振刚,李谋渭,尹显东,于宁,唐伟;遗传神经网络在平整轧制力预报中的应用[J];鞍钢技术;2001年06期
8 华文立;胡学刚;;平衡决策树分类精度与规则简易性研究[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2006年04期
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3 丁婷;崔红涛;;遗传算法在智能天线扇区波束赋形及阵元失效补偿中的应用[A];经济策论(上)[C];2011年
4 程远林;李茂军;;基于小生境遗传算法的配电网电容器优化配置[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 姜明辉;袁绪川;;基于GA优化的个人信用评估SVM模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 张志华;王莉;刘洪;;最大化网络广告收入的投放决策[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 赵瑞艳;李树荣;张晓东;苗荣;;基于混合遗传算法的热传导系统最优控制问题求解[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 王清;宋年年;王佳庆;姚菁;;优化自抗扰控制器在主汽温控制系统中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 康忠健;徐丽;勾松波;金华蓉;李瑞生;;考虑分布电容的神经网络单相接地故障测距算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 姜封国;;基于小生境技术的混合遗传算法[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 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张亚娟;适应性企业战略协同机制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 谭枫;介入式文化算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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5 李晚龙;六自由度Stewart平台分散智能控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 董慧群;代建制项目风险预警管理研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
7 许爱德;开关磁阻电机在船舶电力推进中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
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10 李方义;区间非概率多目标优化设计方法及其在车身设计中的应用[D];湖南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
2 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 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
4 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
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7 朱国凯;泰安市农村公路典型路面结构研究[D];山东科技大学;2010年
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9 施晓坤;煤炭企业人才结构优化[D];山东科技大学;2010年
10 马宗梅;遗传算法在考试系统组卷中的应用与研究[D];郑州大学;2009年
【同被引文献】
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
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4 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
5 石志飞,吴萱,章梓茂;固-液耦合系统的广义变分原理[J];北方交通大学学报;1997年04期
6 许论辉,许礼武,罗云;基于AMBE-2000的单兵语音通信终端设计[J];兵工自动化;2005年04期
7 宫鹏涵;陈锦喜;李永建;万龙;;某榴弹发射器刚柔耦合动力学建模与仿真研究[J];兵工自动化;2008年02期
8 王亚平,徐诚,郭凯;人枪系统建模及数值仿真研究[J];兵工学报;2002年04期
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10 卜广志,张宇文;使用多学科设计优化方法对鱼雷总体综合设计的建模思路研究[J];兵工学报;2005年02期
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1 蔺美青;温志诚;黄诚;李群;杨峰;;一种基于仿真的武器装备体系结构优化新思路[A];'2006系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2006年
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4 李伯虎;王鹏;柴旭东;邸燕强;燕雪峰;;复杂产品虚拟样机协同仿真建模技术及规范研究[A];2003年全国系统仿真学术年会论文集[C];2003年
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1 吴志亮;特种小型机电引信设计及关键技术研究[D];南京理工大学;2010年
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9 唐文艳;结构优化中的遗传算法研究和应用[D];大连理工大学;2002年
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1 荆显荣;面向对地观测卫星系统顶层设计的试验设计方法研究[D];国防科学技术大学;2010年
2 芮国强;基于HLA的协同仿真研究[D];中国科学技术大学;2011年
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【二级引证文献】
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1 米洁;;改进的群集智能优化算法在任务排序中的应用[J];北京信息科技大学学报(自然科学版);2010年03期
2 毛坤;朱西平;李磊;胡伟鹏;岳珠峰;;某型飞机风挡及舱盖系统减重多学科设计优化方法研究[J];材料科学与工程学报;2007年04期
3 陈海东;沈重;张冶;杜臣勇;王悦;姚纳新;李烁;;航天数字化应用技术的发展与趋势[J];导弹与航天运载技术;2008年03期
4 续斌;张恒喜;解江;马利;;一种基于模拟退火的协同优化可靠性分析方法[J];电光与控制;2008年06期
5 黄小钰;李智;;空间信息系统在弹道导弹防御中的效能评估框架[J];电光与控制;2011年11期
6 贾清虎;张红刚;王辉;;稳定平台控制器参数多目标优化[J];电光与控制;2012年04期
7 李晓斌;张为华;王中伟;;基于证据理论的固体火箭发动机不确定性设计[J];弹箭与制导学报;2006年S6期
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9 黄杰;薛禹胜;文福拴;许剑冰;薛峰;董朝阳;;电力市场仿真平台的评述[J];电力系统自动化;2011年09期
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1 贺旭照;倪鸿礼;周正;乐嘉陵;;吸气式高超声速飞行器三维后体尾喷管优化设计[A];第十四届全国激波与激波管学术会议论文集(上册)[C];2010年
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3 王天英;王敏;彭红伟;;圆角倒棱台形FPSO方案设计研究[A];第十三届中国科协年会第13分会场-海洋工程装备发展论坛论文集[C];2011年
4 张为华;解红雨;欧海英;谷建光;;固体火箭发动机虚拟样机技术初步研究与实践[A];中国宇航学会2005年固体火箭推进第22届年会论文集(发动机分册)[C];2005年
5 李晓斌;张为华;王中伟;;物理规划在固体火箭发动机不确定性优化设计中的应用[A];中国宇航学会2005年固体火箭推进第22届年会论文集(发动机分册)[C];2005年
6 李昊;戴金海;;基于ABMS的多卫星系统效能评估[A];2007系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2007年
7 喻洪流;钱省三;赵胜楠;高静;;人体假腿产品的个性化适应定制模式与设计策略[A];第七届全国康复医学工程与康复工程学术研讨会论文集[C];2010年
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【相似文献】
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4 姚莉;袁金平;漆学田;;基于辩证语义的分布式协同态势分析方法[J];国防科技大学学报;2010年05期
5 裘建新,王晰巍,郭晓立;分布式协同设计的系统框架模型构建[J];中国制造业信息化;2003年03期
6 蒋薇;盛步云;门朝威;;分布式协同设计中项目管理系统研究[J];成组技术与生产现代化;2006年01期
7 毛启容,李继东,詹永照;实时分布式协同工作环境的研究与开发[J];机械与电子;2002年04期
8 韩宗芬,刘科,金海,郭立;基于数据挖掘的分布式协同入侵检测[J];华中科技大学学报(自然科学版);2002年07期
9 于加晴;查建中;陆一平;徐文胜;李楠;M. Sobolewski;;面向复杂产品的分布式协同设计系统[J];中南大学学报(自然科学版);2010年02期
10 高曙明,何发智;分布式协同设计技术综述[J];计算机辅助设计与图形学学报;2004年02期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 陈娟;;对分布式协同设计中多媒体系统的语义的分析表达[A];2005年全国理论计算机科学学术年会论文集[C];2005年
2 蒋伟进;许宇胜;;基于构件技术的分布式协同设计系统研究[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
3 李少辉;刘弘;王静莲;;基于Web Services的分布式协同系统的研究及其实现[A];山东省计算机学会2005年信息技术与信息化研讨会论文集(一)[C];2005年
4 孙鸿广;彭俊松;;基于知识共享重用的分布式协同IDSS开发平台[A];全国青年管理科学与系统科学论文集第5卷[C];1999年
5 王晰巍;裘建新;范晓春;;分布式协同设计(DCD)的技术基础研究[A];第六届全国计算机应用联合学术会议论文集[C];2002年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 陈聪;802.11e增强无线网QoS[N];中国计算机报;2003年
2 娟娟;先进管理软件领航中国海运发展[N];中国高新技术产业导报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前5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
2 汪大勇;基于P2P构架的分布式协同设计系统研究[D];西南交通大学;2008年
3 吴俊;变形翼分布式协同控制技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
4 李宏杰;面向轧制过程的RP-Agent分布式协同控制系统研究[D];太原科技大学;2013年
5 徐萍;多Agent分布式协同环境下基于多维信任向量和双层信用模型的信任体系研究[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张奇;基于网络的分布式协同设计的研究与实现[D];西安科技大学;2005年
2 王硕;分布式协同估计方法研究[D];北京理工大学;2015年
3 郑佳俊;分布式协同设计的探讨与实现[D];浙江大学;2005年
4 毛启容;实时分布式协同工作环境的研究与开发[D];江苏大学;2002年
5 洪梅;基于Agent的对等分布式协同入侵检测技术的研究[D];山东大学;2010年
6 季星;基于Web服务的分布式协同环境中角色访问控制模型研究[D];湖南大学;2007年
7 庄苗;基于多Agent的分布式协同计算研究[D];福州大学;2003年
8 朱亚;分布式协同攻击系统的研究与实现[D];南京理工大学;2008年
9 刘高鹏;分布式协同CAPP技术研究[D];西北工业大学;2003年
10 杨丹;分布式协同地理建模任务接口的图形化定制研究[D];中国矿业大学;2014年
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