基于改进自适应多种群遗传算法的结构-控制系统一体化优化

提出一种改进的自适应多种群遗传算法,以更好地解决建筑结构-主动控制系统一体化优化问题,即同时对被控结构参数、控制算法参数、主动作动器布置位置进行优化。该遗传算法对编码方法、初始种群生成、选择策略、交叉概率和变异概率的自适应调整、多种群协同进化中移民策略等进行改进。研究结果表明:改进的自适应多种群遗传算法和改进的基本遗传算法优化结果总体一致,表明前者分析结果是正确的,并且具有较高的精度;改进的自适应多种群遗传算法和改进的基本遗传算法首次得到优化分析最优解的平均进化代数分别为320与730,表明前者比后者收敛速度更快;改进的自适应多种群遗传算法每次能达到或接近最优解,可有效克服基本遗传算法优化结果随机性较强的缺点;经改进的自适应多种群遗传算法优化的主动控制系统取得明显减振效果,E1 Centro波输入时,主动控制结构层间位移角峰值和绝对加速度峰值较无控时分别平均减小54.5%与46.7%。算例结果表明了改进的自适应多种群遗传算法的有效性,实现了对建筑结构-主动控制系统的一体化优化。

卫星总体与姿态控制一体化优化设计方法

针对传统卫星总体和控制串行设计过程低效、设计性能受限、设计方案冗余等问题,提出了一种卫星总体与姿态控制一体化优化设计方法。在轨道、结构、电源、推进等多学科耦合的传统总体设计模型基础上,将面向应用任务过程的卫星姿态控制仿真嵌入卫星多学科分析过程中,实现卫星总体方案与姿态控制的耦合精确分析和整体任务效能的综合评估,在此基础上进一步实现总体和控制的一体优化。最后,以某对地观测敏捷卫星为对象开展方法应用研究,优化结果表明所提方法获得了比传统设计方法目标函数性能更优、冗余度更低的设计方案,验证了卫星总体与姿态控制一体化优化设计方法的可行性和有效性。

风力机叶片与塔架结构一体化优化研究

考虑风力机叶片与塔架的影响效应,提出了叶片与塔架结构一体化优化方法。以减轻风力机整机质量为目标,选取叶片和塔架关键参数作为设计变量,并考虑强度、刚度作为约束条件,对某5 MW风力机进行结构一体化优化设计。优化结果表明,与传统的叶片与塔架分开优化方案相比,一体化优化方案可进一步实现风力机的轻量化。

基于替代模型的高超声速前体/进气道一体化优化

采用基于替代模型的渐进优化策略对二维高超声速前体/进气道进行一体化设计优化,采用拉丁超立方试验设计法选择样本点,采用二维粘性CFD方法计算进气道流场来建立样本数据库,综合运用了多项式响应面、Kriging模型、BP神经网络和径向基神经网络等替代模型.相对于基准构型,前体/进气道的优化构型在设计态时提高了流量捕获与来流压缩能力,提高了总压恢复性能,同时减小了阻力系数,综合性能提高了5.3%;在非设计态时优化构型的综合性能也有不同程度的改善.

基于模态控制的结构/控制一体化优化设计

先分析了结构主动控制的模态控制。从结构与控制器一体化优化设计的角度出发 ,提出了以结构的质量和控制能量最小化为优化目标、以基频和结构的动响应为约束的联合优化设计模型。并对该优化设计模型进行了一定的简化处理 ,采用改进的拓扑组方法进行结构的集成拓扑优化设计。数值算例的结果表明 ,结构 /控制一体化优化设计是可行且有效的。

轨迹/飞行器总体参数的一体化优化方法研究

基于飞行力学、最优控制理论、最优化方法，采用两种轨迹／飞行器总体参数的一体化优化方法──静态＋动态一体化优化方法和参数最优化方法，研究载人飞船再入的轨迹／总体参数的优化，并比较了两种一体化优化方法的不同特点。通过数字计算，得到飞船的最优滚转程序、升阻比、再入角和再入终端时间。结果分析表明，两种一体化优化方法都能得到较高精度。

运载火箭性能计算一体化优化设计系统分析与设计

运载火箭性能计算一体化优化设计系统在运载火箭方案论证设计阶段中有着重要的应用价值。本文在面向对象方法学的指导下 ,建立了运载火箭性能计算一体化优化设计软件系统的对象模型、动态模型以及功能模型 ,划分了系统的组成模块 ,利用 Visual Studio6 .0和 Office2 0 0 0开发实现了该软件系统。对象技术的应用使得系统具有良好的通用性。该软件系统可以完成不同型号运载火箭和不同优化设计性能要求的仿真优化计算 ,软件具有较好的稳定性、可重用性和可维护性。

基于全模式遗传算法的导弹/固体冲压发动机一体化优化

在综合考虑固体火箭冲压发动机设计、导弹气动特性和外弹道关系的情况下,详细分析了各设计变量,并建立了空空导弹总体 /冲压发动机一体化设计优化模型。针对在优化过程中遇到的无显式约束问题,提出了一种高效全模式遗传算法,并分析了其收敛性。计算结果表明,与其它算法相比,全模式遗传算法具有极强的全局寻优及高速收敛能力;一体化优化设计优于工程设计方法,可有效提高导弹总体性能。

增压器压气机叶片结构/振动一体化优化设计

以废气涡轮增压器压气机叶轮为研究对象,创建了压气机叶片的三维参数化模型,通过全三维流场仿真分析,得到压气机的气动性能及叶片表面的压力分布。在不改变叶片形状、保证压气机气动性能的情况下,对叶片的静强度及振动特性进行了一体化优化设计。以叶片4个关键截面的叶顶、叶根厚度为设计变量,以离心力及气动压力作用下叶片的最大Mises应力、叶片的一阶动频为约束,以叶片体积为目标函数,在iSIGHT优化平台上集成了I-DEAS、ANSYS软件,采用混合整型优化和自适应模拟退火算法的组合优化方法,在满足叶片静强度小于屈服强度和一阶动频大于3倍工作频率的条件下,叶片体积(质量)减小了14.7%。

石油行业供应链一体化优化方案研究

当前油品市场波动频繁,价格和客户需求大起大落,使石油企业的生产经营协调难度加大。为快速应对市场变化,增强石油供应链的敏捷性,就必须利用信息技术实现石油行业供应链的集成化、模型化和可视化。根据石油供应链的结构,主要业务可以分为油田、炼油厂和销售领域,对于上中下游业务刚性连接的石油企业,需要建立一体化优化模型,以实现各业务领域的协调与互动,及时掌握供应链节点的信息。针对一体化优化模型的建立和应用,提出今后应进行油田分区块的开采成本及油品物性的研究;原油价格预测的研究;成品油市场需求与价格预测的研究。

复合材料风力机叶片气动/结构一体化优化设计

基于多学科优化理论,提出复合材料风力机叶片气动/结构一体化优化设计方法。采用多岛遗传算法,以叶片的气动和结构性能为约束、质量为目标,对复合材料风力机叶片进行优化设计。气动性能分析采用叶素动量理论,考虑叶梢损失和轮毂损失。结构分析采用有限元方法对风机叶片三维参数化CAD模型进行分析。算例结果证明了该方法的有效性,对实际的工程设计有较强的参考价值。

遗传算法处理导弹一体化优化中隐式约束问题探讨

在详细分析模式定理及典型遗传算法运行机理基础上,针对"隐式约束"问题,创造性地对其进行了适应性改造,并证明了其收敛性。仿真算例及工程实践问题表明,该方法有极强的全局寻优及高速收敛能力,是值得推荐使用的有效方法之一。

复杂产品一体化优化设计框架研究

复杂产品的一体化设计过程涉及多个互相关联的分系统,支持一体化设计的优化框架需要能够集成优化设计过程中涉及的异构应用并进行优化,从而辅助设计人员对总体与各分系统的优化设计进行验证。在分析国内外复杂产品一体化优化设计研究现状的基础上,基于C/S模式提出了一种支持复杂产品一体化设计的优化框架体系结构。该优化框架包括两方面的关键技术:包装器集成技术和混合遗传算法。异构应用首先按照接口规范包装后形成可发布的共享组件,便于构建一体化设计过程。在此基础上,通过混合遗传算法等辅助设计人员进行优化计算。最后阐述了目前的工作和下一步需要解决的问题。

飞行器气动与隐身性能一体化优化设计方法研究

首先根据多学科综合优化设计理论 ,针对飞行器外形布局设计特点 ,开展飞行器气动与隐身性能综合优化设计方法研究。分别采用线化格林函数法与粘性修正相结合以及物理光学法与等效电流法相结合的方法 ,建立了飞行器气动力特性与隐身特性的计算方法。利用多学科优化设计理论和遗传优化算法 ,开展了关于飞行器气动与隐身性能的协同优化设计方法研究。取得了初步的研究结果。

重型运载火箭轨迹/总体参数一体化优化方法

研究了重型运载火箭轨迹/总体参数一体化优化问题。建立了一体化参数优化模型,设计了一种双环迭代优化算法,外环采用遗传算法进行参数优化,内环通过带自适应松弛因子的改进牛顿迭代法进行参数迭代。针对牛顿迭代法对模型本身及迭代初值敏感的问题,提出了一种模型变量筛选方法和迭代初值生成方法。基于Morris参数全局灵敏度分析法筛选出对终端等式约束影响最大的参数作为牛顿迭代变量,以历史迭代收敛值作为当前迭代初值。并通过迭代误差监控,保证了算法的鲁棒性。以三级液体重型运载火箭为对象,进行了一体化优化仿真。仿真结果显示起飞总质量减少了4.09%,表明设计的双环迭代优化算法能在复杂约束下完成重型运载火箭轨迹/总体参数一体化优化。

基于固定班制的地铁乘务计划一体化优化方法

针对运营中常用的固定班制轮班模式,通过加入班次数量比例和备班约束,构建排班和轮班计划一体化的乘务计划优化模型,进行乘务组数的全局优化;之后对传统列生成求解算法进行改进,在定价子问题中分别针对不同班次类型,各自生成班次以适应新的模型约束,并设计加速策略,以完成对一体化优化模型的求解;最后以轮乘站设置不同的两条地铁线路为例开展案例研究,研究了在四班三运转和六班五运转班制下的优化效果,分析了算法的求解效率.研究结果表明:固定班制条件下,与分阶段优化方法相比,简化了轮班单元构成,乘务组数量减少了6.67%~14.29%,求解时间节约了44.2%~51.4%.

亚轨道可重复使用飞行器轨迹/总体参数一体化优化方法

针对亚轨道可重复使用运载器(SRLV)的应用需求,在将卫星投送到预定轨道同时确保SRLV安全返回的前提下,对基于记忆原理的轨迹/总体参数一体化优化方法进行了研究。记忆优化算法是一种具有全局收敛性的随机搜索方法,每次搜索的试探解优劣状态由记忆元来存储。利用记忆原理的记忆增强和遗忘规律来衡量优化搜索过程中试探解的状态,并以燃料最省作为优化指标。同时采用三种不同的搜索策略,实现对试探解的随机搜索,避免陷入局部极小问题,并以此来提高搜索速度。仿真表明:卫星入轨速度偏差小于2 m/s,高度偏差小于10 m,轨道倾角偏差小于0.000 1°。SRLV最终与着陆场的位置偏差小于100 m,速度偏差小于5 m/s。相较于传统的轨迹优化方法,新方法适用于复杂的轨迹/参数一体化优化问题,搜索速度快,求解精度高,有利于算法在工程实际中的应用与推广。

周期性复合材料构型及结构一体化优化

在传统双向渐进结构优化(BESO)方法基础上,充分考虑微观尺度和宏观尺度之间的相互耦合作用,通过等效弹性模量和灵敏度分析将复合材料微结构胞元设计和宏观结构拓扑优化相结合,建立周期性复合材料构型及结构一体化优化设计方法.为了消除"灰色区域",假设了材料微结构0-1属性及在宏观结构空间排列的均一性,提高了优化结果的实际工程适用性.相关算例说明该方法可以有效地在宏观结构优化的同时得到与之相对应的材料微观最佳拓扑形状,也为不同给定宏观结构的微观周期性复合材料设计提供了有效手段.

基于遗传算法的三维钢筋混凝土结构/控制一体化优化设计

鉴于目前土木工程空间结构设计方法通常是先进行结构本身的性能设计、后进行振动控制的串行设计模式,这种设计模式没有充分利用两学科相互耦合产生的协同效应,因此本文运用一体化优化方法对三维钢筋混凝土结构/控制系统进行一体化设计:建立单向位移和扭转耦合的结构运动控制方程,利用LQR算法获得被动控制器的等效刚度和等效阻尼;建立钢筋混凝土结构与被动控制器的集成优化模型,设计变量包括建筑结构的尺寸及配筋率参数,被控控制器的数量和位置,优化目标为被动控制系统在时域内的最大位移;采用遗传算法处理结构/控制一体化优化问题。优化结果表明:结构与控制系统具有耦合相关性,本文所提方法具有良好的振动控制效果和经济性。

基于高新技术的石化行业物流一体化优化探析

随着物流业的高速发展,也带来了成本费用高、监管困难等问题,为解决这些问题,各企业将竞争优势转向对物流运行的高效管理上。一体化作为近年来物流转型的热点,促进了信息化技术的进步,同时也对其提出了更高的要求。为了做好石化行业物流一体化优化工作,通过分析石化企业物流运行的特点,以运输安全为切入点,提出了一套物流一体化优化方案,采用物联网、地理信息系统、预警模型、基于卷积神经网络算法的大数据分析等最新技术手段,实现上中下游信息共享、业务协同,保证了石化产品运输安全,同时为未来物流一体化优化研究指明了方向。