基于联合仿真的机电液一体化系统优化设计方法研究.pdf

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1、中国科学技术大学博士学位论又基于联合仿真的机电液一体化系统优化设计方法研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：朱德泉检测技术与自动化装置梅涛研究员二O一二年十一月二日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeStudyonOptimizationDesignMethodforMechanical—·electrical--hydraulicIntegratedSystemBasedonCollabor

2、ativeSimulationAuthor’SName：DequanZhuSpeciality：Supervisor：Finishedtile：mlstaedtlmeDetectionTechnologyandAutomationEquipmentProf．TaoMeiNovember2加，2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对

3、本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：迎z量．zL么中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。，叼公开口保密(——年)作者签名：

4、签字日期：擗江￡厶血导师签名：鲥签字日期：盈!兰：』厶笪摘要摘要机电液一体化系统是一个多学科交叉、技术密度高的复杂系统，主要包括机械、液压、控制等子系统，其子系统间存在着相互作用、相互影响的耦合关系。机电液一体化系统涵盖多个学科内容，不仅包括传统的结构力学、流体力学、控制理论、人工智能等，也包括现代的人机工程学等。对于机电液一体化系统，如采用传统设计方法，运用各子系统或学科顺序设计方法进行设计，忽略了各子系统或学科之间的相互影响和耦合作用，使设计结果常常不是最优解，而且设计效率低、周期长，设计成本高

5、。机电液一体化系统的设计具有明显的“多学科’’特点，属于典型的多学科设计问题。随着现代结构力学、流体力学和控制学等理论的不断完善和计算机科学技术的迅速发展，人们能够采用更高精度的模型进行子系统或学科分析与设计，各子系统或学科设计均取得了长足的进步。因此，如何综合协调各个子系统进行多学科设计已成为机电液一体化系统设计的关键问题。多学科设计优化(MultidisciplinaryDesignOptimization,MDO)是在复杂系统的设计过程中集成了不同学科的知识、分析与建模理论以及计算方法，采用有

6、效的优化策略，充分体现了学科间的相互作用而产生的协同效应，获得整个系统的最优解。多学科设计优化是一种充分利用和考虑系统所涉及的多学科间的相互影响和耦合作用、使整个系统的综合性能达到最优的设计优化方法。多学科设计优化技术是利用合适的优化策略去组织和管理优化设计过程的基本思想，通过分解、协调等方法将整个系统分解为若干与当前工程设计组织形式相一致的子系统，以达到可以充分利用现有的各学科分析设计工具手段，在分布式计算机网络上利用各学科或子系统现有的知识与经验，对系统进行整体设计的目的，从而缩短系统设计周期，

7、降低产品开发成本，有效提高产品竞争力。由于多学科设计优化问题常常具有设计变量和约束条件的类型复杂，数量巨大，各部分、各子系统之间存在着互相耦合等特点，导致很难建立优化模型并且难以找到有效的优化算法。多学科设计优化存在两类耦合因素：一是多个领域都需要对其进行优化设计的变量，即系统变量或交叉变量；二是某个领域计算的结果作为另一个领域的输入，即相关变量或耦合变量。机电液一体化系统的设计涉及到机械、液压和控制等学科，包括了整体方案与结构参数的优化、系统性能的综合优化，难以解决设计全局和全过程的问题。机电液一

8、体化系统的优化能否得到圆满解决，主要取决于能否建立合理的优化模型和选择适合于优化模型的有效优化算法。因此，本文引入在航空领域迅速发展起来的解决复杂系统设计与优化的多学摘要科设计优化方法，对机电液一体系统的优化设计方法进行了较全面的研究，探讨多学科优化方法在机电液一体化系统设计中应用的可行性和适用性。论文以机电液一体化系统设计优化模型与优化算法为核心，包括机电液一体化系统设计优化方法的分析、优化模型的建立与简化、寻优策略、联合仿真技术应用研究、集成优化平台的搭建、并联机