綜合機械結(jié)構(gòu)與控制理論的機電系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計方法研究.pdf

1、“最優(yōu)化”是每一個工程或產(chǎn)品設(shè)計者所追求的目標。任何一個機電系統(tǒng)的設(shè)計，都需要根據(jù)設(shè)計要求，合理選擇方案，確定各種參數(shù)，以期達到最佳的設(shè)計目標，如重量輕、材料省、成本低、性能好、承載能力高等。然而，對于機電系統(tǒng)而言，其機械結(jié)構(gòu)與控制器之間存在著錯綜復(fù)雜的耦合關(guān)系，而這種耦合關(guān)系又直接影響著整個系統(tǒng)的性能。如何有效的把機電系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制器部分的設(shè)計結(jié)合起來進行協(xié)同優(yōu)化設(shè)計以提高整個系統(tǒng)的性能指標，已成為被眾多學者關(guān)注的研究方向。

2、 論文首先總結(jié)了現(xiàn)有機電系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計的方法，并依照其設(shè)計流程將這些方法進行了分類——順序設(shè)計方法、目標函數(shù)設(shè)計方法以及迭代設(shè)計方法。就這一研究領(lǐng)域目前存在的問題做了分析。并在此基礎(chǔ)上提出了機電系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計的基本理論框架——機電系統(tǒng)進行機械結(jié)構(gòu)和控制的協(xié)同設(shè)計主要包括分析機電系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)特性、優(yōu)化系統(tǒng)控制方法、設(shè)置系統(tǒng)設(shè)計的評價機制以及系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化算法等四個方面的內(nèi)容。 隨后，論文在總結(jié)機電系統(tǒng)常見線性化方法的基礎(chǔ)上提出

3、了一種在機械結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計過程中就全盤考慮非線性問題的設(shè)計思路，就如何通過系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計來有效解決機電系統(tǒng)關(guān)鍵部件的非線性問題進行了探討。并以振弦式傳感器非線性補償結(jié)構(gòu)的設(shè)計為例，具體闡述了該方法設(shè)計的一般步驟，仿真證明了方法的可行性。論文還詳細討論了如何在機電系統(tǒng)設(shè)計的構(gòu)型階段，通過改變系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)來滿足系統(tǒng)的解耦條件，從而變不可解耦機電系統(tǒng)為可解耦系統(tǒng)的方法。 機電系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)與控制部分的目標函數(shù)設(shè)計中，主要難點就是

4、在目標函數(shù)下的設(shè)計變量優(yōu)化往往是一個復(fù)雜的非線性的非凸形最優(yōu)問題。僅僅依靠數(shù)學方法很難解決這類問題。為此，論文重點討論了基于迭代法和線性矩陣不等式(ⅢI)的機電系統(tǒng)參數(shù)的協(xié)同優(yōu)化設(shè)計方法。 接著，論文提出了基于智能搜索方法的機電系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，描述了基于智能搜索方法的機電系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的一般步驟。并且詳細介紹了基于模擬退火算法和LMI控制的汽車主動懸架系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計結(jié)果表明將智能搜索算法應(yīng)用于機電系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計