基于二次外罰函數(shù)和Kriging模型的目標(biāo)級聯(lián)方法研究.pdf

1、復(fù)雜工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)通常涉及多個(gè)學(xué)科,且學(xué)科之間耦合度高,存在著計(jì)算復(fù)雜性和組織復(fù)雜性問題,在這種實(shí)際應(yīng)用背景下,多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化(MDO)應(yīng)運(yùn)而生。MDO是將復(fù)雜工程產(chǎn)品的設(shè)計(jì)優(yōu)化問題分解為多個(gè)較易解決的子問題,并采用協(xié)調(diào)策略對分解后的問題進(jìn)行協(xié)調(diào)求解,通過分解解耦-協(xié)調(diào)來完成對原問題的設(shè)計(jì)優(yōu)化。MDO方法(通常也稱為MDO策略)就是通過對問題的分解解耦和協(xié)調(diào)來完成設(shè)計(jì)優(yōu)化。近年來,眾多的MDO方法被提出并應(yīng)用于工程實(shí)踐中。其中,目標(biāo)級聯(lián)(

2、ATC)方法是一種比較新的基于分解協(xié)調(diào)技術(shù)的MDO方法。本文針對目前ATC方法中的協(xié)調(diào)策略所存在的協(xié)調(diào)過程復(fù)雜、計(jì)算量大等問題,提出了一種協(xié)調(diào)策略-基于二次外罰函數(shù)的協(xié)調(diào)策略(QEPF)。同時(shí),由于近似模型能夠?qū)?fù)雜、隱式未知的函數(shù)關(guān)系或計(jì)算量大的仿真分析進(jìn)行簡化替代,可以極大地降低求解問題的計(jì)算量,它在多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化中得到了有效而廣泛的應(yīng)用。本文將近似模型引入到其中,以提高求解效率,降低計(jì)算量。本文的主要工作如下:
　　首先,提

3、出了基于二次外罰函數(shù)的ATC方法。在分析對比了四種MDO方法的基礎(chǔ)上,深入研究了綜合性能較好的目標(biāo)級聯(lián)方法。針對目前存在的ATC方法的協(xié)調(diào)策略所存在的計(jì)算量大等問題,提出了基于二次外罰函數(shù)的協(xié)調(diào)策略,該策略的協(xié)調(diào)流程較簡單,彌補(bǔ)了已有策略計(jì)算量大的不足。通過幾何規(guī)劃的數(shù)學(xué)算例驗(yàn)證ATC-QEPF方法可用性和有效性。
　　其次,將近似模型技術(shù)引入ATC-QEPF方法中,并在總結(jié)分析已有近似模型的基礎(chǔ)上,選擇綜合性能較佳的Krigin

4、g模型,提出了基于Kriging模型的ATC-QEPF方法。該方法避免了在設(shè)計(jì)優(yōu)化的迭代過程中調(diào)用計(jì)算量大的仿真模型,同時(shí)又避免了數(shù)值噪聲的影響。并通過齒輪減速箱的工程算例驗(yàn)證了該方法,證明了KATC-QEPF方法在保證了計(jì)算精度的前提下,大大降低了計(jì)算量,提高問題的設(shè)計(jì)優(yōu)化效率。
　　最后,在前面研究成果的基礎(chǔ)上,將所提出的KATC-QEPF方法應(yīng)用于某飛行器的概念設(shè)計(jì)優(yōu)化中,設(shè)計(jì)結(jié)果說明了采用本文所提出的方法進(jìn)行飛行器的總體設(shè)