收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于联合仿真的机电液一体化系统优化设计方法研究

朱德泉  
【摘要】:机电液一体化系统是一个多学科交叉、技术密度高的复杂系统,主要包括机械、液压、控制等子系统,其子系统间存在着相互作用、相互影响的耦合关系。机电液一体化系统涵盖多个学科内容,不仅包括传统的结构力学、流体力学、控制理论、人工智能等,也包括现代的人机工程学等。对于机电液一体化系统,如采用传统设计方法,运用各子系统或学科顺序设计方法进行设计,忽略了各子系统或学科之间的相互影响和耦合作用,使设计结果常常不是最优解,而且设计效率低、周期长,设计成本高。机电液一体化系统的设计具有明显的“多学科”特点,属于典型的多学科设计问题。随着现代结构力学、流体力学和控制学等理论的不断完善和计算机科学技术的迅速发展,人们能够采用更高精度的模型进行子系统或学科分析与设计,各子系统或学科设计均取得了长足的进步。因此,如何综合协调各个子系统进行多学科设计已成为机电液一体化系统设计的关键问题。 多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization, MDO)是在复杂系统的设计过程中集成了不同学科的知识、分析与建模理论以及计算方法,采用有效的优化策略,充分体现了学科间的相互作用而产生的协同效应,获得整个系统的最优解。多学科设计优化是一种充分利用和考虑系统所涉及的多学科间的相互影响和耦合作用、使整个系统的综合性能达到最优的设计优化方法。多学科设计优化技术是利用合适的优化策略去组织和管理优化设计过程的基本思想,通过分解、协调等方法将整个系统分解为若干与当前工程设计组织形式相一致的子系统,以达到可以充分利用现有的各学科分析设计工具手段,在分布式计算机网络上利用各学科或子系统现有的知识与经验,对系统进行整体设计的目的,从而缩短系统设计周期,降低产品开发成本,有效提高产品竞争力。 由于多学科设计优化问题常常具有设计变量和约束条件的类型复杂,数量巨大,各部分、各子系统之间存在着互相耦合等特点,导致很难建立优化模型并且难以找到有效的优化算法。多学科设计优化存在两类耦合因素:一是多个领域都需要对其进行优化设计的变量,即系统变量或交叉变量;二是某个领域计算的结果作为另一个领域的输入,即相关变量或耦合变量。机电液一体化系统的设计涉及到机械、液压和控制等学科,包括了整体方案与结构参数的优化、系统性能的综合优化,难以解决设计全局和全过程的问题。机电液一体化系统的优化能否得到圆满解决,主要取决于能否建立合理的优化模型和选择适合于优化模型的有效优化算法。 因此,本文引入在航空领域迅速发展起来的解决复杂系统设计与优化的多学科设计优化方法,对机电液一体系统的优化设计方法进行了较全面的研究,探讨多学科优化方法在机电液一体化系统设计中应用的可行性和适用性。论文以机电液一体化系统设计优化模型与优化算法为核心,包括机电液一体化系统设计优化方法的分析、优化模型的建立与简化、寻优策略、联合仿真技术应用研究、集成优化平台的搭建、并联机器人系统优化等。论文的主要工作包括以下几个方面: 1、机电液一体化系统设计优化模型构建与简化 针对机电液一体化系统总体设计的特点,将机电液一体化系统划分为机械、液压和控制等3个相对独立的子系统。在子系统分析的基础上,建立了各子系统的数学分析模型,提取了设计参数,明确了各子系统的输入和输出参数以及它们之间的相互耦合关系,构建了机电液一体化系统的优化模型。对近似模型技术进行了研究,将二次响应面和kriging近似模型应用于机电液一体化系统的优化设计中。研究表明,在机电液一体化系统优化设计中,采用近似模型替代原有复杂的、高精度分析模型进行优化迭代计算,大大减少了优化计算量,有效提高了计算效率,解决了机电液一体化系统优化中的计算瓶颈问题,具有较强的工程实用性。 2、机电液一体化系统设计优化模型寻优策略与算法研究 对现有的优化方法和优化算法进行了分析研究,并应用不同优化方法、单—优化算法以及不同优化算法组合对建立的机电液一体化系统优化模型进行优化分析。研究表明,传统优化算法优化时间短,对于单峰问题优化效果较好;对于多峰问题,智能优化算法优化效果较好,但优化时间较长。因此,选择全局探索+局部寻优的混合优化策略对机电液一体化系统优化模型进行优化,首先采用全局智能优化算法搜索确定最优值范围,再用局部传统优化算法获得最优解。通过实例验证,采用混合优化算法,快速高效,精度高,而且获得的是全局最优解。 3、基于联合仿真的机电液一体化系统集成优化平台的构建 提出了机电液一体化系统仿真优化一体化思想与实现方法,研究了CATIA、 ADAMS、ANSYS、MATLAB软件之间的接口,基于优化软件ISIGHT软件平台,集成了CATIA、ADAMS、ANSYS、MATLAB软件,搭建了机电液一体系统的仿真优化平台,有效地利用了CATIA软件的虚拟样机建模、AMESim软件的液压系统建模、ADAMS软件动力学仿真、ANSYS软件静力学分析和MATLAB软件控制仿真的功能以及ISIGHT软件的集成优化功能,实现了基于联合仿真的机电液一体化系统集成优化。通过实例验证,表明采用搭建的基于联合仿真的机电液一体化系统设计优化平台进行优化是可行的,结果是可靠的。 4、并联机器人系统的仿真优化 在搭建的仿真优化平台上对并联机器人进行联合仿真和集成优化研究。通过仿真优化验证了机电液一体化系统近似模型和优化算法的有效性,显著降低了整个系统设计优化模型优化的计算时间,大大提高了系统设计效率。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张雅琴;;机电液一体化机械手设计[J];机械工程与自动化;2006年03期
2 贾文华;殷晨波;;施工升降机的新技术[J];建筑机械化;2008年01期
3 孟令辉;占金春;;机电液一体化虚拟样机建模与协同仿真技术研究[J];机械制造;2007年08期
4 张秀华;;机电液一体化在通用机械中的应用[J];中国高新技术企业;2008年19期
5 万卉;巫世晶;胡国明;;机电液一体化系列课程改革与实验系统建设[J];中国电力教育;2009年01期
6 万卉;胡国明;巫世晶;;机电液一体化技术课程体系教学改革实践[J];中国现代教育装备;2009年13期
7 王建铁,徐东良;机电液一体化在坯料输送装置上的灵活应用[J];江苏冶金;2000年04期
8 陈丰峰,柴光远,郑大腾;机电液一体化在液压装载机节能上的应用[J];煤矿机械;2004年11期
9 曾亿山;工程机械中的机电液一体化技术[J];煤矿机械;2005年07期
10 李斌;四轮流动式塔吊行车填补市场空白[J];中小企业科技;2005年09期
11 陈国琳,黄亚农;机电液一体化联锁装置设计[J];液压与气动;2001年09期
12 任良成,林程,陈思忠;六自由度摇摆台的机电液一体化仿真研究[J];液压与气动;2004年11期
13 刘正富,王晶;从bauma China2004看机电液一体化在工程机械上的应用[J];建设机械技术与管理;2005年01期
14 朱军;;机电液一体化技术在煤矿领域的发展趋势[J];中国高新技术企业;2007年16期
15 龚姚腾;肖顺根;宋萌萌;;机电液一体化的流量控制系统建模与仿真[J];机床与液压;2008年11期
16 岳鹏;王芳;;压路机机电液一体化技术的应用[J];科技致富向导;2010年26期
17 ;新一代液压集成机电液一体化执行器亮相sippe国际石油展[J];石油机械;2011年06期
18 赵静一,陈卓如 ,王益群;10MN水压机机电液一体化改造实践[J];液压气动与密封;2001年02期
19 王安麟;岳滨楠;江开飞;李晓田;;液力传动推土机整机系统建模及试验验证[J];工程机械;2010年10期
20 ;成都市新筑路桥机械有限公司 秉承科技领先原则 生产机电液一体化产品[J];机电新产品导报;2002年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈东;吴庆鸣;任飞;;洒浆机虚拟样机系统机电液一体化仿真[A];机床与液压学术研讨会论文集[C];2004年
2 陈东;吴庆鸣;任飞;;洒浆机虚拟样机系统机电液一体化仿真[A];第三届全国流体传动及控制工程学术会议论文集(第二卷)[C];2004年
3 张志伟;;机电液一体化的钢坯快速输送机械手[A];中国科学技术协会首届青年学术年会论文集(工科分册·上册)[C];1992年
4 赵静一;陈卓如;王益群;姚成玉;尹敏镐;;10MN水压机机电液一体化改造实践[A];第一届全国流体动力及控制工程学术会议论文集[C];2000年
5 孙国凯;朴在林;王忠良;王滨;周启龙;;牧草高密度压捆机电液一体化装置的研制与开发[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
6 郭静;;基于AMESim和Matlab/Simulink联合仿真技术的阀控液压马达调速系统[A];2011航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2010年
7 李洪儒;冯月领;冯振声;;飞行器制导与稳定联合仿真建模研究[A];二○○一年中国系统仿真学会学术年会论文集[C];2001年
8 刘佳东;彭天好;朱刘英;胡佑兰;;基于AMESim与Simulink联合仿真的泵控马达复合调速系统控制[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年
9 谢成诚;Bhargava Anurag;;考虑TR组件影响的相控阵天线仿真[A];2009年全国天线年会论文集(上)[C];2009年
10 潇然;黄燕苓;;现代机电液一体化集成控制技术在全球钢结构施工领域中的应用[A];首届全国钢结构施工技术交流会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 朱德泉;基于联合仿真的机电液一体化系统优化设计方法研究[D];中国科学技术大学;2012年
2 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
3 向国齐;支持向量回归机代理模型设计优化及应用研究[D];电子科技大学;2010年
4 席睿;近距离飞行器翼面的气动优化设计[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
5 赵子衡;区间不确定性优化的若干高效算法研究及应用[D];湖南大学;2012年
6 禤伟旗;车身前部抗撞性优化的研究[D];吉林大学;2010年
7 陈国栋;基于代理模型的多目标优化方法及其在车身设计中的应用[D];湖南大学;2012年
8 唐远富;复合材料结构可靠性鲁棒分析及优化算法研究[D];华中科技大学;2012年
9 朱学贵;高压永磁机构的理论研究与设计[D];北京交通大学;2008年
10 杨秀清;机电液耦合的搬运机械手虚拟样机研究[D];中国科学技术大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨莉玲;液压盘式制动器建模与仿真分析[D];武汉理工大学;2009年
2 孙克新;空间机器人动力学分析与控制仿真[D];哈尔滨工业大学;2006年
3 薛颖;轿车转向器综合仿真分析与应用[D];同济大学;2007年
4 林继钦;采用模糊控制的打桩船防落锤液压控制系统的仿真研究[D];上海海事大学;2007年
5 万继祥;模块化四自由度机械手的仿真与控制[D];山东理工大学;2008年
6 熊亭;基于转差频率矢量控制的电动叉车变频电液系统研究[D];中南大学;2009年
7 陈黎卿;基于ADAMS的悬架优化及控制研究[D];合肥工业大学;2005年
8 史耀强;双足机器人步行仿真与实验研究[D];上海交通大学;2008年
9 党田峰;液压六自由度并联机构虚拟样机研究[D];浙江大学;2008年
10 方文平;基于BP神经网络的车道保持控制仿真研究[D];吉林大学;2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 戚雪飞;一院一部 携手高校成立联合仿真中心[N];中国航天报;2009年
2 本报记者 范荣义;机电液一体化护佑煤矿翻矸作业[N];中国安全生产报;2007年
3 刘秀勤;中信重机产销迎来开门红[N];中国冶金报;2007年
4 记者 杨煜莲 通讯员 黄益霞;海源公司又获两项殊荣[N];中国建材报;2008年
5 ;蓬勃发展的新重机[N];洛阳日报;2008年
6 ;提升核心竞争力 实现企业跨越式发展[N];中国工业报;2008年
7 张宝;中信重机2006年订货突破100亿[N];中国工业报;2007年
8 刘雪梅;携手巨头 中信重机全球市场淘金[N];中国工业报;2007年
9 ;创新使北方重工展翅高飞[N];辽宁日报;2008年
10 宋黔云;我省企业技术创新能力快速提升[N];贵州日报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978