复杂产品基于稀疏响应面的仿真优化方法及其应用研究
发布时间：2021-03-01 06:38
基于仿真的产品设计可大幅减少物理样机试制、降低试验成本,现已成为复杂产品开发过程不可或缺的研发设计手段。随着系统组成及控制越来越复杂,产品仿真模型方程规模越来越大、求解时间不断增长。其综合性能优化常因频繁调用此昂贵费时的求解过程,设计效率往往比较低。基于计算机试验设计采样与响应值逼近,响应面方法能有效减少仿真模型调用次数,现已广泛应用于复杂产品性能仿真优化。然而,现有方法所需的设计采样点仍然较多,优化效率提高有限。为此,提出基于稀疏响应面的复杂产品仿真优化方法,开展如下几个方面研究:根据部分产品优化响应值在单一基函数（如Legendre正交多项式函数）上表现出稀疏特性的规律,提出基于弹性网（Elastic Net）回归的近稀疏响应面逼近算法,利用l1范数稀疏凸优化遴选与响应值残量强相关的基原子,对响应面进行稀疏表示;进一步地,利用l2范数正则化补充与响应值残量次相关的基原子,适当降低稀疏性,增强响应面表征能力,以解决采样不多,强相关基原子过少,响应面表征逼近能力有限问题;同时,以强泛化性为目标,通过交叉验证选择自适应的l2范数正则项因子,将弹性网回归转化为广义LASSO（Least A...
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 论文研究背景及意义
1.2 国内外研究现状及存在问题分析
1.2.1 基于响应面的仿真优化
1.2.2 稀疏表示理论及信号重建
1.3 课题来源及本文主要研究内容
1.4 全文组织结构
第二章 近稀疏响应面构造
2.1 引言
2.2 近稀疏响应面数学模型
2.2.1 稀疏表示
2.2.2 采样方法
2.3 近稀疏响应面重构算法
2.3.1 Elastic net回归
2.3.2 近稀疏响应面构建流程
2.4 测试案例及结果分析
2.4.1 测试函数
2.4.2 结果分析
2.5 本章小结
第三章 基于混合基的稀疏响应面构造
3.1 引言
3.2 混合基响应面数学模型
3.2.1 混合基
3.2.2 字典设计
3.3 混合基稀疏响应面重构算法
3.3.1 混合基稀疏响应面构建流程
3.3.2 P范数正则化
3.4 测试案例及结果分析
3.4.1 测试函数
3.4.2 结果分析
3.5 本章小结
第四章 基于分支定界的响应面GPU并行寻优
4.1 引言
4.2 基于区间算法的分支定界
4.2.1 区间运算法则及其扩张效应
4.2.2 二次响应面构造
4.2.3 二次响应面区间运算
4.2.4 分支定界流程
4.2.5 演示案例
4.3 基于分支定界的GPU并行优化算法
4.3.1 GPU/CUDA简介
4.3.2 算法流程及分析
4.4 算法测试与分析
4.4.1 平坦型测试函数
4.4.2 多峰谷测试函数
4.4.3 高维测试函数
4.5 本章小结
第五章 原型系统与工程应用验证
5.1 引言
5.2 复杂产品基于稀疏响应面的仿真优化原型系统
5.3 双横臂悬架运动学多目标优化
5.3.1 运动学模型与优化问题
5.3.2 优化结果
5.4 某消防破拆车液压及其控制参数优化
5.4.1 机液控联合模型构建
5.4.2 优化问题及结果
5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间发表成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于计算试验设计与代理模型的飞行器近似优化策略探讨[J]. 龙腾,刘建,WANG G Gary,刘莉,史人赫,郭晓松. 机械工程学报. 2016(14)
[2]字典学习模型、算法及其应用研究进展[J]. 练秋生,石保顺,陈书贞. 自动化学报. 2015(02)
[3]电动汽车麦弗逊前悬架设计及参数优化[J]. 陆建辉,周孔亢,郭立娜,侯永涛. 机械工程学报. 2012(08)
[4]压缩感知回顾与展望[J]. 焦李成,杨淑媛,刘芳,侯彪. 电子学报. 2011(07)
[5]基于响应面法和NSGA-Ⅱ算法的麦弗逊悬架优化[J]. 李伟平,王世东,周兵,张利轩,马义超. 湖南大学学报(自然科学版). 2011(06)
[6]基于响应面法的立式加工中心动静态多目标优化[J]. 姜衡,管贻生,邱志成,张宪民,陈忠,许冠. 机械工程学报. 2011(11)
[7]压缩感知研究[J]. 戴琼海,付长军,季向阳. 计算机学报. 2011(03)
[8]压缩传感理论与重构算法[J]. 杨海蓉,张成,丁大为,韦穗. 电子学报. 2011(01)
[9]L1/2 regularization[J]. XU ZongBen 1 , ZHANG Hai 1,2 , WANG Yao 1 , CHANG XiangYu 1 & LIANG Yong 3 1 Institute of Information and System Science, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China;2 Department of Mathematics, Northwest University, Xi’an 710069, China;3 University of Science and Technology, Macau 999078, China. Science China（Information Sciences）. 2010(06)
[10]基于移动最小二乘响应面方法的整车轻量化设计优化[J]. 张勇,李光耀,钟志华. 机械工程学报. 2008(11)
博士论文
[1]基于区间分析方法的不确定参数转子系统动力学特性研究[D]. 张洁洁.哈尔滨工业大学 2016
[2]基于区间分析的系统可靠性设计与优化[D]. 王伟.中国科学技术大学 2016
[3]含区间不确定性参数的风电齿轮传动系统动力学特性研究[D]. 魏莎.清华大学 2015
[4]基于Kriging模型的全局近似与仿真优化方法[D]. 李耀辉.华中科技大学 2015
[5]基于Chebyshev多项式的动力学不确定性区间算法研究[D]. 吴景铼.华中科技大学 2013
[6]基于模态振型和响应面法的结构声学性能优化设计[D]. 臧献国.湖南大学 2011
[7]汽车车身结构概念设计关键技术研究[D]. 宋凯.湖南大学 2010
[8]基于近似模型的汽车轻量化优化设计方法[D]. 张勇.湖南大学 2009
硕士论文
[1]基于修正共轭梯度迭代硬阈值的高效激光辐射对称性分析[D]. 尹志益.广东工业大学 2018
[2]基于GPU并行计算的响应面快速寻优算法及应用[D]. 张焕泉.广东工业大学 2018
[3]基于稀疏表达的多项式响应面模型及其仿真应用研究[D]. 范才彬.华中科技大学 2015
[4]基于响应面法的车身结构声学性能可靠性优化设计[D]. 路怀华.湖南大学 2013
[5]基于Kriging模型的全局优化方法研究[D]. 邹林君.华中科技大学 2011
本文编号：3057098
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 论文研究背景及意义
1.2 国内外研究现状及存在问题分析
1.2.1 基于响应面的仿真优化
1.2.2 稀疏表示理论及信号重建
1.3 课题来源及本文主要研究内容
1.4 全文组织结构
第二章 近稀疏响应面构造
2.1 引言
2.2 近稀疏响应面数学模型
2.2.1 稀疏表示
2.2.2 采样方法
2.3 近稀疏响应面重构算法
2.3.1 Elastic net回归
2.3.2 近稀疏响应面构建流程
2.4 测试案例及结果分析
2.4.1 测试函数
2.4.2 结果分析
2.5 本章小结
第三章 基于混合基的稀疏响应面构造
3.1 引言
3.2 混合基响应面数学模型
3.2.1 混合基
3.2.2 字典设计
3.3 混合基稀疏响应面重构算法
3.3.1 混合基稀疏响应面构建流程
3.3.2 P范数正则化
3.4 测试案例及结果分析
3.4.1 测试函数
3.4.2 结果分析
3.5 本章小结
第四章 基于分支定界的响应面GPU并行寻优
4.1 引言
4.2 基于区间算法的分支定界
4.2.1 区间运算法则及其扩张效应
4.2.2 二次响应面构造
4.2.3 二次响应面区间运算
4.2.4 分支定界流程
4.2.5 演示案例
4.3 基于分支定界的GPU并行优化算法
4.3.1 GPU/CUDA简介
4.3.2 算法流程及分析
4.4 算法测试与分析
4.4.1 平坦型测试函数
4.4.2 多峰谷测试函数
4.4.3 高维测试函数
4.5 本章小结
第五章 原型系统与工程应用验证
5.1 引言
5.2 复杂产品基于稀疏响应面的仿真优化原型系统
5.3 双横臂悬架运动学多目标优化
5.3.1 运动学模型与优化问题
5.3.2 优化结果
5.4 某消防破拆车液压及其控制参数优化
5.4.1 机液控联合模型构建
5.4.2 优化问题及结果
5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间发表成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于计算试验设计与代理模型的飞行器近似优化策略探讨[J]. 龙腾,刘建,WANG G Gary,刘莉,史人赫,郭晓松. 机械工程学报. 2016(14)
[2]字典学习模型、算法及其应用研究进展[J]. 练秋生,石保顺,陈书贞. 自动化学报. 2015(02)
[3]电动汽车麦弗逊前悬架设计及参数优化[J]. 陆建辉,周孔亢,郭立娜,侯永涛. 机械工程学报. 2012(08)
[4]压缩感知回顾与展望[J]. 焦李成,杨淑媛,刘芳,侯彪. 电子学报. 2011(07)
[5]基于响应面法和NSGA-Ⅱ算法的麦弗逊悬架优化[J]. 李伟平,王世东,周兵,张利轩,马义超. 湖南大学学报(自然科学版). 2011(06)
[6]基于响应面法的立式加工中心动静态多目标优化[J]. 姜衡,管贻生,邱志成,张宪民,陈忠,许冠. 机械工程学报. 2011(11)
[7]压缩感知研究[J]. 戴琼海,付长军,季向阳. 计算机学报. 2011(03)
[8]压缩传感理论与重构算法[J]. 杨海蓉,张成,丁大为,韦穗. 电子学报. 2011(01)
[9]L1/2 regularization[J]. XU ZongBen 1 , ZHANG Hai 1,2 , WANG Yao 1 , CHANG XiangYu 1 & LIANG Yong 3 1 Institute of Information and System Science, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China;2 Department of Mathematics, Northwest University, Xi’an 710069, China;3 University of Science and Technology, Macau 999078, China. Science China（Information Sciences）. 2010(06)
[10]基于移动最小二乘响应面方法的整车轻量化设计优化[J]. 张勇,李光耀,钟志华. 机械工程学报. 2008(11)
博士论文
[1]基于区间分析方法的不确定参数转子系统动力学特性研究[D]. 张洁洁.哈尔滨工业大学 2016
[2]基于区间分析的系统可靠性设计与优化[D]. 王伟.中国科学技术大学 2016
[3]含区间不确定性参数的风电齿轮传动系统动力学特性研究[D]. 魏莎.清华大学 2015
[4]基于Kriging模型的全局近似与仿真优化方法[D]. 李耀辉.华中科技大学 2015
[5]基于Chebyshev多项式的动力学不确定性区间算法研究[D]. 吴景铼.华中科技大学 2013
[6]基于模态振型和响应面法的结构声学性能优化设计[D]. 臧献国.湖南大学 2011
[7]汽车车身结构概念设计关键技术研究[D]. 宋凯.湖南大学 2010
[8]基于近似模型的汽车轻量化优化设计方法[D]. 张勇.湖南大学 2009
硕士论文
[1]基于修正共轭梯度迭代硬阈值的高效激光辐射对称性分析[D]. 尹志益.广东工业大学 2018
[2]基于GPU并行计算的响应面快速寻优算法及应用[D]. 张焕泉.广东工业大学 2018
[3]基于稀疏表达的多项式响应面模型及其仿真应用研究[D]. 范才彬.华中科技大学 2015
[4]基于响应面法的车身结构声学性能可靠性优化设计[D]. 路怀华.湖南大学 2013
[5]基于Kriging模型的全局优化方法研究[D]. 邹林君.华中科技大学 2011
本文编号：3057098
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