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《基于全局优化算法的多学科优化计算构架》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、2009年2月西北工业大学学报Feb.2009第27卷第1期JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityVol.27No.1Ξ基于全局优化算法的多学科优化计算构架龚春林,谷良贤,袁建平(西北工业大学航天学院,陕西西安710072)摘要:比较了MDF计算构架与分解类构架对多学科连续性约束的处理策略,并分析了MDF计算构架对多学科分析提出的计算需求。在此基础上,将多学科分析(MDA)的求解问题转化为全局优化问题,结合具有全局搜索特性的遗传算法和具有较好局部收敛特性的复合形法,建立了一种全局优化算法GACA,以满足MDA的计算需求。基于GACA,对MDF计
2、算构架进行改进,建立了两级优化MDF计算构架BL2MDF。典型算例的计算结果表明,本文的计算构架具有较好的计算性能,同时算例也验证了本文对MDF与分解类计算构架的比较结论。关键词:多学科优化,全局优化,计算构架中图分类号:TJ76012文献标识码:A文章编号:100022758(2009)0120052205目前,多学科设计优化(Multidisciplinary量辅助变量和约束,因而没有从本质上解决问题。[6][7]DesignOptimization,MDO)技术成为优化理论发Alexandrov、Tedford等人通过大量实例进行测展的重点。不同于传统优化过程,MDO不仅要在求评,结果表
3、明分解类计算构架在计算性能上并不具解过程中能进行设计方案“寻优”,还要建立“学科平优势,且使得学科集成更为复杂。衡”。MDO计算构架是解决MDO特有问题的关键。为此,本文旨在直接改进MDF方法。首先对多学科可行方法(Multi2DisciplinaryFeasible,MDF方法和分解类方法进行对比。针对目前MDF[1]。它不需改变原有的学科MDF)是最原始的方法构架存在的问题,提出MDA求解要求。将MDA转分析形式和学科耦合关系,组织和集成学科的方式化为非线性规划问题,并建立一种全局优化算法以最简单。但为了保证学科输入�输出达到平衡状态,满足所提出的要求。在此基础上,改进传统MDF计需要进行
4、大量的系统分析(Multi2Disciplinary算构架,建立一种新的MDO计算构架。最后,通过Analysis,MDA),现有MDA的求解困难性造成典型的MDO算例验证本文的分析结论和方法。MDF方法收敛特性差,且计算耗时。目前,研究者们大都通过分解学科耦合关系,并建立新的MDO计1MDF与分解方法比较算构架。如,Sobieski提出了并行子空间优化方法[2](ConcurrentSub2SpaceOptimization,CSSO)和MDO的系统级优化问题可描述为两级系统综合方法(Bi2LevelIntegratedSystemminJ(x,y(x))[3](1)Synthesis,BL
5、ISS);Cramer等提出了单学科可行s.tgj(x,y(x))≤0,j=1,2,⋯,m方法(IndividualDisciplineFeasibleMethod,式中,J为目标函数;g为约束条件;x为设计变量;y[4]IDF);Kroo等提出协同优化方法(Collaborative为状态变量,由一组方程确定[5]Optimization,CO)。f1(x1,y1,y2,⋯,yN)这些方法称为分解类计算构架(或方法),它们f2(x2,y1,y2,⋯,yN)避免或者减少了MDA计算次数,提高了学科自主=0(2)�性和并行计算能力,却在系统级优化问题中添加大fN(xN,y1,y2,⋯,yN)Ξ收
6、稿日期:2007210225基金项目:国家自然科学基金(60774087)资助作者简介:龚春林(1980-),西北工业大学讲师,主要从事多学科设计优化及飞行器总体设计研究。©第1期龚春林等:基于全局优化算法的多学科优化计算构架·53·(2)式即为多学科分析(MDA)。其中,yi代表学整,总可以使Dim(xc,b)≤Dim(xc,f),且大部分情科i的状态变量;fi=0代表学科i的分析模型,可采况下,SA的前馈和反馈存在较强的不对称特性。因用学科领域的专有方法求解。但从(2)式可以看出,此,MDF方法的计算规模明显小于分解类方法。并学科分析模型的输入条件包含其他学科的输出参数且,MDF方法对MD
7、O问题的描述和学科集成方法(状态),因而进行多学科耦合设计时,MDA并非是最为简单。因此,直接改进MDA计算性能对发展学科分析的叠加,必须使各学科的输入�输出达到平MDO计算技术可能更为有效。衡,即满足(2)式表示的多学科连续性约束。现有MDO计算构架之间的主要区别在于对学2MDA计算需求与全局优化算法科连续性约束的处理方法不同。MDF方法是在MDA过程中采用数值迭代方法求解(2)式,以满足211
