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1、基于Matlab的田口式稳健性设计程序的开发第4期火炮发射与控制JOURNALOFGUNLAUNCH&_C()NTROL?37?基于Matlab的田口式稳健性设计程序的开发汪立国忽麦玲康瑞霞(西北机电工程研究所,陕西成阳712099)摘要:应用和推广田口方法的主要困难之一是计算,统计和分析的工作量较大.详细叙述了稳健性设计软件的总体框架和基于Matlab的实现方法.利用Matlab软件编写田口方法应用软件,软件主要包含:正交表数据库模块,系统设计方程编程模块,参数设计功能模块,统计分析功能模块等.提出了用Matlab源
2、程序来求解系统设计方程的方法,并给出了有关实现方法的程序代码和注释.关键词:计算机软件;Matlab;田口方法i程序设计中图分类号:TP311.1学科分类代码:520?40文献标识码:A稳健性设计根据产品输出特性的不同可以分为两大类,一类称为静态稳健性设计,另一类称为动态稳健性设计.静态稳健性设计叉可以分为望目特性的稳健性设计,望小特性的稳健性设计,望大特性的稳健性设计等3类.田口方法有3大特点]:首先是引进质量损失函数,把质量与经济效益联系起来;其次是把SN比(信噪比)作为评价产品质量的稳健性指标,保证了产品质量的稳定性;最
3、后是灵活应用正交试验设计,大大提高了产品参数设计和容差设计的效率,缩短了设计周期.与稳健性设计方法的特点适应,在推广和应用中也遇到了几大困难:首先是公式多,计算复杂,计算量大;其次是表格多,统计工作量大;再次是在众多方案中选取最佳设计方案困难,缺乏直观性.由于Matlab在矩阵计算方面具有无可比拟的快捷性,作者结合工程需要,利用Matlab编写了计算型望目特性稳健性设计的有关程序,不但能够有效消除人工计算和统计可能带来的错误,而且大幅提高了工作效率,有利于田口方法的推广与应用.1系统开发概述1.1Matlab开发环境Matla
4、b(MatrixLaboratory,矩阵实验室)是由美国MathWorks公司推出的用于数值计算和图形处理的科学计算系统环境].它提供了一个人一机交互的数学系统环境,该系统的基本数学结构是矩阵,在生成矩阵对象时,不需要做明确的维数说明.与利用C语言或FORTRUN语言作为数值计算软件编写工具相比,Matlab具有大量成熟和可利用的特别针对矩阵的函数及工具箱,可以大幅提高编程效率.Matlab除了可以读写ASCII码形式的数据文件外,也定义了它自己的数据存储格式——MAT文件.MAT文件是二进制数据文件,它按照Matlab的基
5、本数据结构…一矩阵的方式来管理和记录数据.对于每一个矩阵对象,MAT文件记录了该矩阵对象的所有特性和各元素值.Matlab的大部分运算或命令是在矩阵意义下执行的.1.2稳健性的基本概念田口先生认为,任何产品的输出特性都不可能保持不变,而是永远处于不断变化的状态,这种变化称之为波动[3"].引起波动的原因,不外乎下述3种干扰:(1)内干扰.由于产品原材料,零部件的老化,劣化引起的产品输出特性的波动.收稿日期:2005—11-24;修回日期:2006—04—18.作者简介:汪立国(1977一),男,工程师.主要研究方向:火炮与自动
6、武器.?38?火炮发射与控制(2)外干扰.由于产品的使用条件或维持环境的变化引起的产品输出特性的波动.(3)物品间干扰.由于产品制造过程中5MIE(即人,机,料,法,测量和生产环境)的变化而引起的产品制造误差,导致产品输出特性的波动.产品的稳健性,就是产品抗干扰的能力.抗干扰能力越强,稳健性越好;反之,稳健性越差.1.2.1稳健性指标田LI先生用信噪比(SN比)作为度量产品稳健性的指标,所谓SN比,即:叩=一㈩实际上,SN比源于通信理论,所谓SN比大,即信号强而噪声(干扰)小.1.2.2望目特性的SN比所谓望目特性,即存在设计
7、目标值(m≠o),希望输出特性越接近目标值越好.望目特性y的SN比定义如下:17一等(2)式中:一E(),y的理论平均(数学期望);=D(),Y的波动方差.式(2)只是一个理论计算公式,而通常,真值未知.如果知道y的个观测值yt,y,…,y,则可以用下述方法估算SN比,具体步骤如下:(1)求的估计:V=∑(一).(3)—l一(2)求的估计:互一()一V一(s一V)/n(4)S一(>y)./n(5)i】(3)以dB为单位表示SN比)7:'7=lOlgE(S一V)/(nV)](6)特别地,当:2时:'7=lOlgE(2yl?
8、y2)/(ly2)](7)1.3稳健性设计的基本流程稳健性设计分3个阶段进行,即系统设计一参数设计一容差设计,其重点在参数设计.图1表明了稳健性设计的基本流程.系统设计基于方案设计,是根据系统方案进行的功能模型的设计.对静态望目特性的稳健性设计,一般要得到数学模型及系统设计方
