基于联合仿真的机电液一体化系统优化设计方法研究
发布时间：2021-09-03 03:39
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...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 选题的目的和意义
1.2 机电液一体化系统内涵及优化设计关键技术
1.2.1 机电液一体化技术内涵
1.2.2 机电液一体化系统的组成
1.2.3 机电液一体化系统优化设计关键技术
1.3 机电液一体化系统设计优化方法的研究及应用现状
1.3.1 国外研究及应用现状
1.3.2 国内研究及应用现状
1.4 机电液一体化系统仿真优化存在的问题
1.4.1 集成优化平台体系结构
1.4.2 数据集成
1.4.3 过程集成
1.4.4 应用集成
1.4.5 平台软件实现
1.5 主要研究内容
1.6 论文的组织结构
第2章 机电液一体化系统设计优化策略
2.1 多学科设计优化的方法
2.1.1 多学科可行法
2.1.2 同时分析优化法
2.1.3 单学科可行法
2.1.4 并行子空间优化法
2.1.5 协同优化法
2.1.6 两级集成系统综合法
2.2 多学科设计优化算法
2.2.1 优化算法类型
2.2.2 优化算法分析
2.3 机电液一体化系统设计优化策略的确定
2.3.1 基于MDF方法的多目标优化模型
2.3.2 基于CO方法的多目标优化模型
2.3.3 优化结果
2.4 本章小结
第3章 机电液一体化系统设计优化数学模型构建
3.1 引言
3.2 多学科优化设计优化模型
3.3 机电液一体化系统多学科设计优化模型
3.3.1 子系统间参数的关联关系
3.3.2 系统多学科设计优化分析
3.3.3 机电液一体化系统多学科设计优化模型
3.4 六自由度并联机器人系统多学科设计优化
3.4.1 六自由度并联机器人系统分析
3.4.2 并联机器人子系统分析模型
3.4.3 基于MDF方法的六自由度并联机器人系统优化数学模型
3.4.4 基于CO方法的六自由度并联机器人系统优化数学模型
3.5 本章小结
第4章 机电液一体化系统设计优化模型简化
4.1 引言
4.2 试验设计方法
4.2.1 全因子试验设计方法
4.2.2 正交试验设计方法
4.2.3 均匀试验设计方法
4.2.4 拉丁方试验设计方法
4.2.5 试验设计方法选择
4.3 常用的代理模型
4.3.1 多项式响应面模型
4.3.2 Kriging模型
4.3.3 径向基函数模型
4.3.4 人工神经网络模型
4.3.5 代理模型的选择
4.4 代理模型评估
4.5 机电液一体化系统代理模型的构建
4.5.1 代理分析模型的设计变量和响应目标
4.5.2 代理分析模型的构建
4.5.3 代理分析模型的验证分析
4.6 基于代理模型的六自由度并联机器人系统多学科设计优化模型
4.6.1 基于MDF方法的代理模型的多学科设计优化
4.6.2 基于CO方法的代理模型的多学科设计优化
4.7 基于子系统代理模型的并联机器人系统优化结果
4.8 本章小结
第5章 基于联合仿真的机电液一体化系统集成优化平台构建
5.1 引言
5.2 系统仿真优化一体化思想与实现
5.3 支撑软件平台
5.4 专用软件间的接口
5.5 机电液一体化系统集成优化平台构建
5.6 机电液一体化系统集成优化平台
5.7 机电液一体化系统集成优化平台验证分析
5.8 本章小结
第6章 基于仿真的六自由度并联机器人系统设计优化与结果分析
6.1 引言
6.2 基于联合仿真的系统优化模型
6.3 仿真模型的建立
6.3.1 机械系统仿真模型的建立
6.3.2 液压系统仿真模型的建立
6.3.3 控制系统仿真模型的建立
6.4 优化设计平台的构建
6.4.1 MDO方法的选择
6.4.2 优化平台数据流程分析
6.4.3 优化设计文件准备
6.4.4 iSIGHT中的集成
6.5 优化结果分析
6.6 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 研究工作总结
7.2 本文的创新点
7.3 未来工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遗传算法的六自由度平台参数优化设计[J]. 王军,吴罕奇,王巍,陈祖亮. 机床与液压. 2012(10)
[2]鱼雷总体多学科设计优化集成平台及其关键技术[J]. 黄桥高,潘光,吴琳丽. 鱼雷技术. 2012(02)
[3]一种面向复杂系统的多学科设计优化方法[J]. 纪国华,李彦,李文强,熊艳. 机械设计与研究. 2011(04)
[4]多学科优化设计技术及其应用研究[J]. 聂勇军,魏世民. 机电产品开发与创新. 2011(01)
[5]6-RSS并联机构工作空间优化算法对比分析[J]. 李浩,张玉茹,王党校. 机械工程学报. 2010(13)
[6]复杂系统的多学科设计优化综述[J]. 梅小宁,杨树兴. 工程设计学报. 2010(03)
[7]基于代理模型的水下滑翔机机翼设计优化方法[J]. 谷海涛,林扬,胡志强,俞建成. 机械工程学报. 2009(12)
[8]基于iSIGHT的船舶多学科综合优化集成平台的建立[J]. 冯佰威,刘祖源,聂剑宁,常海超,程细得. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2009(05)
[9]基于Simulink的机电液系统集成化仿真平台研究[J]. 马长林,李锋,郝琳,张志利,黄先祥. 系统仿真学报. 2008(17)
[10]机器人系统多学科协同优化设计[J]. 张静,刘永均,李柏林. 机械设计与研究. 2008(05)
博士论文
[1]多学科设计优化中近似模型与求解策略研究[D]. 肖蜜.华中科技大学 2012
[2]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]. 冯佰威.武汉理工大学 2011
[3]多学科设计优化中智能算法与近似模型研究[D]. 赫显姆.华中科技大学 2011
[4]倾转旋翼机气动/动力学多学科设计优化研究[D]. 薛立鹏.南京航空航天大学 2011
[5]飞翼布局飞机总体多学科设计优化研究[D]. 胡添元.南京航空航天大学 2010
[6]两级集成系统协同优化方法及其在深海空间站总体概念设计中的应用[D]. 赵敏.上海交通大学 2009
[7]直升机总体多学科设计优化研究[D]. 彭名华.南京航空航天大学 2009
[8]MDO优化算法研究[D]. 王琦.南京航空航天大学 2008
[9]机电液耦合的搬运机械手虚拟样机研究[D]. 杨秀清.中国科学技术大学 2008
[10]柔性支撑Stewart平台的分析、优化与控制研究[D]. 段学超.西安电子科技大学 2008
硕士论文
[1]多学科设计优化理论在并联机构中的应用[D]. 焦利明.郑州大学 2012
[2]六自由度Stewart并联机构结构的优化设计[D]. 肖华.哈尔滨工业大学 2011
[3]复杂机械系统刚—柔混合虚拟样机一体化分析技术初探[D]. 蔡骊君.天津大学 2010
[4]船舶多学科设计优化建模研究[D]. 刘克锋.武汉理工大学 2010
[5]大型客机外形参数化与机翼气动结构多学科优化[D]. 湛岚.南京航空航天大学 2009
[6]浮空器飞控系统的多学科设计优化[D]. 王浩.上海交通大学 2009
[7]基于Stewart平台机构的智能弯管机的优化设计与运动控制[D]. 吴秀林.西南交通大学 2008
[8]Steward平台的PIDNN控制[D]. 杨志宇.燕山大学 2008
[9]飞机概念设计与优化的计算环境研究[D]. 谢岳峰.南京航空航天大学 2008
[10]液压支架多学科设计优化平台研究与实现[D]. 李庆国.山东科技大学 2007
本文编号：3380326
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 选题的目的和意义
1.2 机电液一体化系统内涵及优化设计关键技术
1.2.1 机电液一体化技术内涵
1.2.2 机电液一体化系统的组成
1.2.3 机电液一体化系统优化设计关键技术
1.3 机电液一体化系统设计优化方法的研究及应用现状
1.3.1 国外研究及应用现状
1.3.2 国内研究及应用现状
1.4 机电液一体化系统仿真优化存在的问题
1.4.1 集成优化平台体系结构
1.4.2 数据集成
1.4.3 过程集成
1.4.4 应用集成
1.4.5 平台软件实现
1.5 主要研究内容
1.6 论文的组织结构
第2章 机电液一体化系统设计优化策略
2.1 多学科设计优化的方法
2.1.1 多学科可行法
2.1.2 同时分析优化法
2.1.3 单学科可行法
2.1.4 并行子空间优化法
2.1.5 协同优化法
2.1.6 两级集成系统综合法
2.2 多学科设计优化算法
2.2.1 优化算法类型
2.2.2 优化算法分析
2.3 机电液一体化系统设计优化策略的确定
2.3.1 基于MDF方法的多目标优化模型
2.3.2 基于CO方法的多目标优化模型
2.3.3 优化结果
2.4 本章小结
第3章 机电液一体化系统设计优化数学模型构建
3.1 引言
3.2 多学科优化设计优化模型
3.3 机电液一体化系统多学科设计优化模型
3.3.1 子系统间参数的关联关系
3.3.2 系统多学科设计优化分析
3.3.3 机电液一体化系统多学科设计优化模型
3.4 六自由度并联机器人系统多学科设计优化
3.4.1 六自由度并联机器人系统分析
3.4.2 并联机器人子系统分析模型
3.4.3 基于MDF方法的六自由度并联机器人系统优化数学模型
3.4.4 基于CO方法的六自由度并联机器人系统优化数学模型
3.5 本章小结
第4章 机电液一体化系统设计优化模型简化
4.1 引言
4.2 试验设计方法
4.2.1 全因子试验设计方法
4.2.2 正交试验设计方法
4.2.3 均匀试验设计方法
4.2.4 拉丁方试验设计方法
4.2.5 试验设计方法选择
4.3 常用的代理模型
4.3.1 多项式响应面模型
4.3.2 Kriging模型
4.3.3 径向基函数模型
4.3.4 人工神经网络模型
4.3.5 代理模型的选择
4.4 代理模型评估
4.5 机电液一体化系统代理模型的构建
4.5.1 代理分析模型的设计变量和响应目标
4.5.2 代理分析模型的构建
4.5.3 代理分析模型的验证分析
4.6 基于代理模型的六自由度并联机器人系统多学科设计优化模型
4.6.1 基于MDF方法的代理模型的多学科设计优化
4.6.2 基于CO方法的代理模型的多学科设计优化
4.7 基于子系统代理模型的并联机器人系统优化结果
4.8 本章小结
第5章 基于联合仿真的机电液一体化系统集成优化平台构建
5.1 引言
5.2 系统仿真优化一体化思想与实现
5.3 支撑软件平台
5.4 专用软件间的接口
5.5 机电液一体化系统集成优化平台构建
5.6 机电液一体化系统集成优化平台
5.7 机电液一体化系统集成优化平台验证分析
5.8 本章小结
第6章 基于仿真的六自由度并联机器人系统设计优化与结果分析
6.1 引言
6.2 基于联合仿真的系统优化模型
6.3 仿真模型的建立
6.3.1 机械系统仿真模型的建立
6.3.2 液压系统仿真模型的建立
6.3.3 控制系统仿真模型的建立
6.4 优化设计平台的构建
6.4.1 MDO方法的选择
6.4.2 优化平台数据流程分析
6.4.3 优化设计文件准备
6.4.4 iSIGHT中的集成
6.5 优化结果分析
6.6 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 研究工作总结
7.2 本文的创新点
7.3 未来工作展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遗传算法的六自由度平台参数优化设计[J]. 王军,吴罕奇,王巍,陈祖亮. 机床与液压. 2012(10)
[2]鱼雷总体多学科设计优化集成平台及其关键技术[J]. 黄桥高,潘光,吴琳丽. 鱼雷技术. 2012(02)
[3]一种面向复杂系统的多学科设计优化方法[J]. 纪国华,李彦,李文强,熊艳. 机械设计与研究. 2011(04)
[4]多学科优化设计技术及其应用研究[J]. 聂勇军,魏世民. 机电产品开发与创新. 2011(01)
[5]6-RSS并联机构工作空间优化算法对比分析[J]. 李浩,张玉茹,王党校. 机械工程学报. 2010(13)
[6]复杂系统的多学科设计优化综述[J]. 梅小宁,杨树兴. 工程设计学报. 2010(03)
[7]基于代理模型的水下滑翔机机翼设计优化方法[J]. 谷海涛,林扬,胡志强,俞建成. 机械工程学报. 2009(12)
[8]基于iSIGHT的船舶多学科综合优化集成平台的建立[J]. 冯佰威,刘祖源,聂剑宁,常海超,程细得. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2009(05)
[9]基于Simulink的机电液系统集成化仿真平台研究[J]. 马长林,李锋,郝琳,张志利,黄先祥. 系统仿真学报. 2008(17)
[10]机器人系统多学科协同优化设计[J]. 张静,刘永均,李柏林. 机械设计与研究. 2008(05)
博士论文
[1]多学科设计优化中近似模型与求解策略研究[D]. 肖蜜.华中科技大学 2012
[2]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]. 冯佰威.武汉理工大学 2011
[3]多学科设计优化中智能算法与近似模型研究[D]. 赫显姆.华中科技大学 2011
[4]倾转旋翼机气动/动力学多学科设计优化研究[D]. 薛立鹏.南京航空航天大学 2011
[5]飞翼布局飞机总体多学科设计优化研究[D]. 胡添元.南京航空航天大学 2010
[6]两级集成系统协同优化方法及其在深海空间站总体概念设计中的应用[D]. 赵敏.上海交通大学 2009
[7]直升机总体多学科设计优化研究[D]. 彭名华.南京航空航天大学 2009
[8]MDO优化算法研究[D]. 王琦.南京航空航天大学 2008
[9]机电液耦合的搬运机械手虚拟样机研究[D]. 杨秀清.中国科学技术大学 2008
[10]柔性支撑Stewart平台的分析、优化与控制研究[D]. 段学超.西安电子科技大学 2008
硕士论文
[1]多学科设计优化理论在并联机构中的应用[D]. 焦利明.郑州大学 2012
[2]六自由度Stewart并联机构结构的优化设计[D]. 肖华.哈尔滨工业大学 2011
[3]复杂机械系统刚—柔混合虚拟样机一体化分析技术初探[D]. 蔡骊君.天津大学 2010
[4]船舶多学科设计优化建模研究[D]. 刘克锋.武汉理工大学 2010
[5]大型客机外形参数化与机翼气动结构多学科优化[D]. 湛岚.南京航空航天大学 2009
[6]浮空器飞控系统的多学科设计优化[D]. 王浩.上海交通大学 2009
[7]基于Stewart平台机构的智能弯管机的优化设计与运动控制[D]. 吴秀林.西南交通大学 2008
[8]Steward平台的PIDNN控制[D]. 杨志宇.燕山大学 2008
[9]飞机概念设计与优化的计算环境研究[D]. 谢岳峰.南京航空航天大学 2008
[10]液压支架多学科设计优化平台研究与实现[D]. 李庆国.山东科技大学 2007
本文编号：3380326
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