基于脉冲暂态混沌神经网络的可靠度分析方法

《基于脉冲暂态混沌神经网络的可靠度分析方法》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、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252014Vol35No．2469．477ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxbbuaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．crl基于脉冲暂态混沌神经网络的可靠度分析方法王丕东1’2，张建国1’2一，马志毅1’2，孙京3，高鹏31．北京航空航天大学可靠性与系统工程学院，北京1001912．北京航空航天大学可靠性与环境工程技术重点实验室，北京1001913．北京卫星制造厂，北京100094摘要：工程

2、中计算结构可靠度系数p可以看做一个优化问题。考虑极限状态函数的非线性程度很高且存在非凸失效域时，传统的求解非线性优化方法，如序列二次规划(SQP)法、罚函数法和梯度投影法等都有其使用范围和局限性，无法解决局部极小解问题。如何避免局部极小解问题并且兼顾计算精度和效率目前仍很难处理。提出一种新的可靠度计算方法：将求解转化为带有约束条件的非线性规划问题，利用罚函数法转化成无约束条件的非线性规划问题，引入脉冲暂态混沌神经网络(PTCNN)模型快速有效地进行全局寻优，从而解决具有局部极小解的约束非线性规划问题。最后采用不同类型的非

3、线性极限状态函数算例进行算法验证，验证该方法在处理高维、高非线性、不可微、非凸失效域问题时具有可行性、高效性。关键词：脉冲暂态混沌神经网络；非线性规划；高非线性；非凸失效域；可靠度系数中图分类号：V215．7文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)02～0469—09传统的结构可靠度(失效概率)分析中[1。5]，一般将非线性功能函数在最可能失效点(MostProb—ablePoint，MPP)处线性展开，然后用线性功能函数的失效概率来近似原非线性功能函数的失效概率[6。9]，很明显高度非线性功能函数的最可能

4、失效点是不能预先知道的[1m12]，这就必须采用迭代或者直接寻优的方法来进行问题的求解[13

5、。考虑设计点对应于失效域中基本变量联合概率密度最大点，寻找设计验算点即转化为在变量空间的寻优问题。关于求设计验算点和可靠度系数的最优，可以采用有梯度或无梯度的寻优方法，梯度优化法H铂如广义简约梯度(GeneralizedReducedGra—dient)法、序列二次规划(SequentialQuadraticProgramming)法能够解决目标函数和约束函数多为非线性、连续、可微的问题，可以有效搜索初始设计点周围的局部区域，利

6、用函数的导数、梯度等数学特征实现高效优化。但若优化问题中的目标函数较复杂或者不能用变量显函数描述，特别是基于有限元模型的隐式情况时，梯度的计算量相当大。此时，可采用直接搜索的方法如Hook—JeevesDirctSearch和DownHillSimplex，不过，这两种方法都非常依赖初始设计验算点，其精度会受到影响，有可能落入局部极小解，即求得的最短距离可能是局部最短，并且随着设计变量增加和仿真代码计算时间增加，求解梯度的计算代价急剧增加。全局搜索法H列是求解非凸的、高度非线性问题最优解的有效途径，包括遗传算法、自适应模

7、拟退火算法以及粒子群优化算法。其中遗传收稿日期：2013·04·27：退修日期：2013-07—16；录用日期：2013．09—06；网络出版时间：2013—09—2216：27网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／111929V．20130922．1627003．html基金项目：国家“973”计划(2013CB733000)*通讯作者．Tel．：010-82338356E-mail：zjg@buaaedu．cn引用格武lWangPD．ZhangJG．MaZY，eta1．Pulsetransie

8、ntlychaoticneuralnetworkfortheanalysismethodofreliabilityEJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2014·35(2)：469-477．王丕东，张建国。马志毂．等i基f脉冲暂态混沌神经网络的可靠痰分析方法!旬航空学摄，2014．35(2)：469-477。航空学报算法是一种白适应、全局优化、概率搜索算法，有文献将其用于寻找系统最可能失效点，但其存在早熟和局部搜索欠佳问题口6I。模拟退火优化算法在数值优化问题中具有相当好的局部搜

9、索能力。将遗传算法的全局优化和模拟退火算法的局部寻优结合起来，虽然可以解决问题[16_19]，但是效率不高，需要多代、大量种群的评价计算，对具有多个极小点的问题，有可能过早收敛陷入局部最优，甚至不收敛[2⋯。本文将求解可靠度系数转化为计算最小距离问题，即把可靠度系数求解转化为带有约束条件的非线性规划问题，提出利用脉冲