基于改进多项式响应面的VPMCD方法及其在滚动轴承故障诊断中的应用

基于变量预测模型的模式识别(Variable predictive model based class discriminate,简称VPMCD)方法在训练过程中是用多项式响应面(Polynomial Response Surface,简称PRS)法来建立预测模型的,然而PRS法的模型拟合精度不能随训练样本容量的增加而显著提高。针对这一缺陷,将原方法中的PRS方法进行了改进,提出了基于改进多项式响应面(Improved Polynomial Response Surface,简称IPRS)的VPMCD方法,并将其应用于滚动轴承故障诊断。通过实验,将原方法和改进方法在训练样本容量不同情况下的模式分类精度进行对比,结果表明,相对于原VPMCD方法,改进的VPMCD方法不仅具有更好的模式分类效果,而且其分类精度随训练样本容量的增加提高得更明显。

基于多项式响应面代理模型的齿轮修形量优化

针对多因素影响下齿轮修形量难以确定的问题,基于多项式响应面代理模型和粒子群优化算法,对齿轮修形量进行优化。首先,综合考虑轴和轴承的影响,对齿轮传动装置进行参数化建模,并对齿轮模型的传动线性误差、齿面最大接触应力和单位法向载荷进行仿真分析,确定齿轮修形方式,进行复合修形;其次,根据模型参数及分析结果,确定各修形参数的范围,对修形参数进行正交试验设计,并对试验数据进行拟合,建立多项式响应面代理模型;最后,运用粒子群算法对代理模型进行寻优,得到齿轮最佳修形量。结果表明,拟合得到的多项式响应面代理模型具有良好的精度,能精确地拟合齿轮修形参数与最大接触应力的关系;利用粒子群算法得到的最佳修形量进行齿轮修形,能够使齿轮啮合过程的最大接触应力减小、传动误差减少,偏载现象得到有效改善。

自适应细分二次多项式响应面算法

复杂模型(或黑箱函数,black-box function)的全局近似方法广泛应用于模型简化、灵敏度分析和参数(或控制)优化中。现有的单一响应面存在着采样估值与近似精度之间的矛盾,因此提出自适应细分二次多项式响应面算法:在构造初始响应面基础上,对设计域进行递归分割,每步选择最粗糙单元,沿着最粗糙维度方向进行自适应细分。通过实验测试,该方法以多响应面来近似黑箱函数,从而达到采样点少而响应面精度高的目标。

板球系统PID控制响应的多项式响应面建模研究

板球系统作为典型的非线性、多变量控制对象,常用来检验控制策略的控制效果。文中基于板球系统实验平台,以PID控制策略为例研究控制参数对控制效果的影响及其模型关系。首先,分别对控制参数P、I和P、D对系统的稳定误差进行数据采样;其次,应用三阶多项式响应面法对数据进行建模,建立多项式响应面模型解析式,并用Matlab软件对模型进行可视化。最后的计算结果表明,所建模型精度较高,为整定优化控制参数奠定了建模基础。

基于响应面法的地震仪调整平台结构优化

为便于实现地震仪调整平台的无人化安装及其水平度的调节,课题组采用响应面法对调整平台进行结构轻量化的设计。在对地震仪调整平台进行静力学分析以及结构参数化基础上,借助参数敏感度分析获得影响其质量、最大等效应力和最大位移形变的关键参数;利用二次多项式响应面法对调整平台进行相关响应面拟合;并采用MOGA遗传算法全局寻优;对优化前后的调整平台各指标进行对比分析。结果表明:优化后最大等效应力降低41%、薄弱方向的最大位移形变下降5.6%,同时质量降低了12.8%。该响应面优化设计不仅达到轻量化的效果,又提升了装置刚度和强度。

面向数字孪生模型应用的油浸式变压器绕组温度POD-RBFLP降阶计算方法

了解油浸式电力变压器绕组的温度情况是保证其运行稳定性的关键,也是当前针对油浸式变压器数字孪生分析的必然需求。为了快速地获得变压器绕组的稳态温度,该文提出一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)和包含线性多项式的径向基函数响应面法(radial basis function response surface method including linear polynomial,RBFLP)的降阶计算模型。首先,讨论POD方法的降阶特性,并设计一种基于留一法交叉验证的自适应获得快照矩阵方法,以提高计算精度及效率;其次,采用响应面方法建立POD模态系数与绕组工况的相关关系,旨在实现通过绕组工况快速获得POD模态系数,从而跳过对降阶模型的复杂非线性计算,进而高效重构绕组温度场。相关算例表明,该方法具有较好的计算精度和效率,在50组测试工况下,与全阶计算相比,误差不超过2.5 K,且总计算时间仅为1.45 s;最后,基于110 kV变压器绕组搭建温升试验平台,试验结果表明,降阶计算结果相较于试验结果,平均计算误差不超过2 K,且单步计算时间仅为0.03 s,相较于同等规模的全阶计算,计算效率有较大幅度地提升。

基于二次多项式序列响应面法的尾矿坝稳定性可靠度分析

在详细工勘的基础上,为了得到庙冲尾矿坝坝体稳定性的可靠度,根据摩尔库仑准则,采用有限元分析软件计算出坝体的浸润线高度,在此条件下,考虑到岩体力学参数内摩擦角、密度和粘聚力的随机性,利用毕肖普法计算出坝体在各组力学参数下的坝体安全系数,并采用二次多项式序列响应面法计算坝体的稳定性可靠度,结果证明:采用二次多项式序列响应面法能够准确计算出坝体稳定性的可靠度,庙冲尾矿库稳定性可靠度为β=2.04,失效概率P_f=0.02,即在岩体力学参数变动范围内坝体不会破坏。

基于混合响应面的多目标稳健设计

在大部分的实际工程优化问题中,产品质量特性与不确定性因素的关系是未知的或复杂的。为此提出了一种基于混合响应面技术的多目标稳健优化设计。该方法首先利用多项式响应面以及神经网络构造产品质量特性的显性表达式。在考虑目标函数以及约束稳健性的前提下,结合多目标技术中模糊偏好的方法设计权重,从而得到稳健设计的精确解。该方法解决了基于近似技术的稳健设计中计算精度与计算效率之间的矛盾。通过对双杆衍架结构进行算例分析,证明了该方法的可行性。

基于响应面模型的波瓣混合排气系统近似模型研究

基于Navier-Stokes方程组对涡扇发动机波瓣强迫混合排气系统进行了数值模拟,获得了波瓣尾缘位置内、外涵流通面积与内、外涵入口位置流道截面积相等时,不同波瓣高宽比对波瓣混合排气系统性能参数以及结构参数的影响规律。并以此为基础,采用不同阶数的多项式响应面模型建立了波瓣性能参数随高宽比变化的近似模型。在多项式响应面模型拟合精度方面,相对于二阶、三阶多项式响应面模型,四阶多项式响应面模型能够较好地反映出热混合效率、总压恢复系数、排气系统相对推力、波瓣混合器相对质量随波瓣高宽比的变化规律,其拟合结果与数值仿真结果也相差极小。在波瓣高宽比对混合排气系统性能影响方面,在混合排气系统出口截面处,随着波瓣高宽比的增加,热混合效率在"波浪状"的变化规律中整体呈现出"增大-减小"发展趋势,总压恢复系数则呈现出"缓慢增加-迅速降低-增加-迅速下降"的复杂变化趋势;在排气系统相对推力方面,当高宽比大于3时,虽然相对推力呈现出波浪形的变化趋势,但变化值极小;对于波瓣混合器的相对质量,随着高宽比的增加,波瓣混合器的相对质量逐渐增大。

结构可靠性分析的响应面方法比较研究

针对隐性功能函数下结构可靠性分析问题,将有限元数值分析(FEM)、响应面方法(RSM)和蒙特卡洛随机模拟(MCS)相结合,实现了隐性功能函数下结构可靠度的计算,其中响应面方法包括多项式响应面法(MRSM)和神经网络响应面法(ANN).以简支梁为例,阐明了该方法的具体实现过程,并以直接MonteCarlo模拟法计算结果作为相对精确解,对不同响应面法支持下的FEM-MRSM-MCS和FEM-ANN-MCS的计算结果进行了对比分析,得出两种响应面法均可满足工程要求,但在泛化能力和精度方面,神经网络响应面均优于多项式响应面,且神经网络响应面可以一次实现从多维空间向另一多维空间的映射,为多失效模式下隐性功能函数下复杂结构的可靠性分析提供了新的思路.

基于响应面和神经网络模型的7003-T4铝合金防撞横梁拉弯成形多目标优化

以截面形状为目字形的7003-T4铝合金型材为研究对象,以防撞横梁质量最轻和型材拉弯成形之后的截面畸变量最小为目标,以回弹量和最大减薄率为成形质量约束,以横梁摆锤碰撞时摆锤侵入位移为刚度约束,基于有限元仿真技术和NSGA-Ⅱ多目标优化算法,对型材筋的分布、厚度分布以及拉弯成形时的预拉力大小和摩擦系数进行优化设计。研究表明:在没有补拉阶段的型材拉弯成形过程中,影响型材成形后回弹量和截面畸变量的敏感因素顺序为:预拉力大小、摩擦系数;所建立的防撞横梁质量以及摆锤碰撞刚度的多项式响应面模型和回弹量、截面畸变量以及最大减薄率的神经网络模型均具有较高的精度;通过NSGA-Ⅱ多目标优化算法获得型材结构-工艺参数的Pareto最优解。

响应面法在汽车侧面结构多目标优化中的应用

针对车身侧面结构抗撞性能不足的问题,利用拉丁超立方试验设计方法以及整车仿真模型,建立13个设计变量7个响应的样本数据,并构建3阶多项式响应面近似模型,最后利用模拟退火优化算法,对侧面结构进行多目标优化。优化结果表明,在B柱和门槛区域,使用高强度钢板以及增加板厚的方法,有效提高车身的侧面抗撞性能;优化思路由传统的设计经验与仿真模拟、试验验证的组合方式转变为数学优化问题,降低优化方案对设计经验的依赖,有效提高优化效率和解的精度。

基于响应面模型的分离接头滑块选型研究

分离接头滑块处存在阻力损失大和结构失效的问题,为了避免其产生不利影响,通过对滑块结构及其流域进行数值模拟,获得了滑块处流通面积相等时,不同叶片数量、通孔数量和纵向倾角对滑块性能参数的影响规律。以此基础,采用二阶多项式响应面模型建立了滑块性能参数随叶片数量和纵向倾角变化的近似模型并对其展开研究,结果表明:在为9时,阻力水头损失和滑块处局部损失系数均取得最小值,且越小其值越小;滑块相对质量随的增大而增大,且在为0.80rad时,下降速率变化出现转折点;在为9且为0.80rad时,滑块最大相当应力出现极小值为34.7656MPa。

基于主从关联优化的产品族参数规划方法研究

针对产品族优化设计中存在的共性与个性的相互依存、制约关系,研究面向产品族的主从关联的参数优化规划技术。建立基于灵敏度分析的产品族参数识别划分方法,根据产品族设计参数的主从关联特点,建立优化问题的双层规划模型。提出一种采用多项式响应面拟合和遗传算法相结合的混合算法实现双层规划,下层采用多项式响应面法将双层优化目标拟合成为单层优化目标,在上层实现产品族公共参数的优化,再通过上层可适应参数的松弛约束关系传递,在下层利用遗传算法实现变型产品的参数优化。以起重机卷筒组件产品族规划为例,基于所提出的主从关联优化方法,得到个性变型产品参数最优值,为起重机卷筒组件产品及类似产品的产品族优化设计提供一种方法借鉴。

基于遗传算法优化的风洞试验MDOE方法

为提高风洞试验效率,现代试验设计(MDOE)方法正越来越频繁地用于各类飞行器风洞试验。然而,基于MDOE方法的风洞试验尽管理论上减少了试验点数量,有效缩短了风洞吹风时间,但也带来了试验数据精度下降的问题。为此发展了一种基于D-最优设计准则和二元三次多项式响应面模型的MDOE方法,同时引入遗传算法进一步提高响应面模型的拟合精度。结果表明,所开发的MDOE风洞试验方法仅需单变量(OFAT)方法30%左右的试验点数,吹风时间较OFAT方法大约缩短了60%;与最初拟合的多项式响应面模型相比,遗传算法优化后的响应面拟合精度提高了5%左右,内插得到的数据误差更小。

工程陶瓷回转表面线电极磨削加工粗糙度预测模型

结合电火花线切割机床改进了具有跟踪电极的工程陶瓷回转表面放电磨削装置,利用该装置加工后的表面粗糙度受到3个主要因素的影响:峰值电流、脉冲宽度和脉间比。根据每种因素的不同水平,设计了16组正交试验,利用二次多项式响应面方法建立了3个因素与粗糙度之间的关系模型,即粗糙度预测模型。基于实际试验,将参数估计值和各因素的水平值代入模型,得到粗糙度预测值,进而将其与粗糙度测量值进行了对比。结果表明,所建立的粗糙度预测模型拟合效果良好,有助于工艺参数的选择与加工质量的控制。

基于堆料面预测模型的电铲三维挖掘轨迹规划

为实现智能化电铲在露天矿山实时节能的挖掘,提出了一种基于堆料面预测模型的能耗最优挖掘轨迹规划方法.该方法通过激光雷达获取实际堆料面点云感知外部环境,并基于点云数据,采用多项式响应面(PRS)法对堆料面形貌进行建模,实现轨迹规划中动态挖掘体积计算;然后,采用拉格朗日方程建立电铲工作装置动力学模型计算挖掘能耗,采用高次多项式对挖掘轨迹进行插值,将挖掘时间和能耗分别作为优化变量和优化目标,以挖掘过程中几何条件与电机性能等为约束,实现真实料场环境中高效的三维挖掘轨迹规划.实验结果表明,基于多项式响应面法的堆料面模型精度能达到95%以上且建模时间在0.05 s内;挖掘轨迹规划可满足实时性要求,计算结果可靠且所得轨迹能有效应用于电铲自主挖掘.

基于响应面与遗传算法的汽车前围板拉延工艺参数优化

以某皮卡汽车前围板为目标,研究型面复杂零件成形后全局质量上的控制,避免局部开裂与起皱。基于二阶多项式响应面结合遗传算法进行优化设计。首先,以最大减薄率和成形安全区比率为优化目标,采用灵敏度分析法筛选对材料拉延阶段影响较大的关键工艺参数组合;其次,通过Box-Behnken试验设计在样本空间内获取少量且分布合理的样本点,并采用AutoForm软件模拟拉延+切边工序得到的各样本点的成形质量结果;然后,以二阶多项式拟合设计变量与优化目标的响应面模型,并检验其精度。最后,通过遗传算法寻优工艺参数组合并将其用于指导试生产,最终测量结果表明,零件的最薄厚度为0.64 mm,整体拉延充分,无起皱与开裂现象。

匹配视角的制度信任与供应链节点企业协作有效性——基于多项式回归结合响应面分析法

基于匹配理论界定制度信任的本质即制度实际有效性与有效性主观期望间的"匹配",并对274家样本企业数据进行多项式回归和响应面分析研究。研究结果表明:"匹配"两方均正向影响供应链协作信任;高水平"一致性匹配"式制度信任对应的供应链协作信任水平更高;"互补性匹配"式制度信任的高水平一方将补偿低水平一方对供应链协作信任正向影响的削弱,并且制度实际有效性的补偿效应更强烈;供应链协作信任中介匹配视角的制度信任对再次合作意愿具有正向影响。

多学科设计优化中常用代理模型的研究

代理模型是多学科设计优化的关键技术之一。本文系统介绍了多项式响应面模型,径向基函数模型和K rig ing模型等3种多学科设计优化中常用的代理模型。通过构造某机翼展向气动载荷分布的代理模型,对这3种模型的效果进行了评估,并对这些代理模型的构造方法、基本特性和适用范围进行了分析研究。