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复杂机电耦合系统的并行设计方法研究

李旭宇  
【摘要】:复杂机电系统在人们实际生产和生活中占有极其重要的地位。传统分离串行设计模式下,设计出的许多机电设备,随着工作条件的强化或对产品性能的要求提高,表现出许多性能方面的局限性。究其原因是设计过程中没有综合考虑或回避了各物理系统间耦合及多学科设计任务间的关系,造成实际系统中潜伏着各种物理子系统之间一些冲突,当在一些特定的条件下工作时,会表现出功能的缺陷。本文针对机电系统的耦合问题进行了以下研究: (1) 以一种典型的复杂机电系统——平整机为对象,提出了复杂机电系统设计中存在的两类耦合问题:①分析了复杂机电系统中常见的三种局部耦合关系:电参量与机械主运动的机电耦合、传动系统的动力学耦合及界面多物理过程耦合,在局部耦合的基础上建立了多物理过程的全局耦合方程。②针对设计任务间存在交叉的设计变量,提出了含公共设计变量的耦合设计模型,并分析这类问题在求解的过程中存在冲突的原因。 (2) 针对多物理过程的全局耦合方程的具体特点,本文提出了基于系统分割的两种不同耦合问题的并行求解方法:①基于系统分割的并行Newmark法,用于求解机械—机械动力学的耦合问题。②基于系统分割的并行Runge-Kutta——Newmark法,用于求解刚性的机—电耦合问题。 (3) 针对含公共设计变量的耦合设计模型的冲突问题,本文提 出了一些解决方法:①针对设计目标的冲突问题,提出了利用满意度 函数,把目标冲突转化为约束冲突,使得模型冲突的形式统一。②针 对约束冲突问题,也相应提出了一种基于优化的冲突检测方法。③为 了解决在并行求解过程中存在的公共设计变量不一致问题,提出了一 种基于罚函数的协调方法。 (4)本文系统研究了windows平台下串行程序的并行化技术, 基于目前windows系统的接口技术,提出了Pvm环境下二进制串行遗 产软件的利用方法。 (5)利用上述提出的并行求解方法,以轧机为例,针对其中的 祸合问题进行求解,说明了论文理论研究成果的正确性和可行性


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