基于Matlab的四杆机构优化设计简介.pdf

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1、第23卷第1期2010年1月机电产品开崖与刨新Development＆InnovationofMachinery＆Ele(’tricalProductsV01．23．No．1Jan．，2010文章编号：1002—6673(2010)Ol一088—02基于Matlab的四杆机构优化设计简介李建霞。王良才(空军第一航空学院，河南信阳464000)摘要：介绍了Madab优化工具箱的使用方法和在机械优化设计中的应用。通过分析，建立了四杆机构优化设计的数学模型，并用Matlab优化工具箱实现了四杆机构优化设计，提出了MATLAB进行机械优化设

2、计的一般方法和步骤。关键词：Matlab；四杆机构；优化设计中图分类号：TP312文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1002-6673．2010．01．037TheOptimizationDesignoftheFour-linkMechanismBasedonMatlabLIJian-X缸．WANGLiang-Cai(TheFirstAeronauticInstituteofAirForce，XinyangHenan464000，China)Abstract：Theusingmethodandtheusageint

3、hemechanicaloptimizeddesignoftheMATLABoptimizationtoolboxisstudiedinthisarti—de．Throughanalysing，themathematicalmodelofthefour—hnkmechamsmoptimizeddesignisestablished，andthefour—linkmechanismop—timizeddesignisrealizedbytheMatlaboptimizationtoolbox，Themethodandthestepof

4、themechanicaloptimizeddesignalesetup．Keywords：Madab；thefour—linkmechanism；optimizeddesign0引言Matlab语言是一种非常强大的工程计算语言。提供了非常丰富的Matlab优化工具箱。其优化T具箱有许多常用的优化算法，广泛应用于线性规划、二次规划、非线性优化、最小二乘法问题、非线性方程求解、多目标决策等问题．其函数表达简洁，优化箅法选择灵活，参数设置自由．相比于其它很多成熟的优化程序具有明显的优越性。机械优化设计是在现代机械设计理论发展基础上产生的

5、一种新的设计方法，在机械零部件设计中取得了广泛的应用。机械优化设计是在进行某种机械产品设计：时，根据规定的约束条件，优选设计参数，使某项或几l项设计指标获得最优值。在进行优化设计时。首先要建立工程设计问题的数学模型，然后按照数学模型的特点选择优化方法及其计算程序。求得最优设计方案。1四杆机构优化设计的数学模型四杆机构是机械传动的重要组成部分。设计四杆机薰要H弗：1鼻：2主00喜9-妻1舞1-甚06嚣?兰星盒二教,Lt翥≥蓑从20鬻l作者简介：李建霞，女，河南信阳人，教授。主要从事计算f机辅助设计教学与研究工作。已发表核期刊论文余篇；

6、I王良才，男，山东济南人，副教授。主要从事机械设计教学：与研究工作。已发表核心期刊论文10余篇。88构通常使用作图法与实验法，这两种方法简单易行，但误差较大，运用解析法，能获得所要求的精度。然而用人工进行，整个设计过程是一项繁琐、冗长的工作，甚至可能无法实现。采用Matlab优化工具箱对四杆机构进行优化设计，不仅参数输入简单，而且编程T作量小，可更快捷准确地达到设计要求。四杆机构种类很多，这里只以曲柄摇杆机构为例说明四杆机构优化设计方法。Matlab优化工具箱是一套功能强大的工程计算软件。集数值计算、符号运算、可视化建模、仿真和图形

7、处理等多种功能于一体，被广泛应用于机械设计、自动控制和数理统计等工程领域。用Matlab优化工具箱解决工程实际问题可概括为以下过程：①根据所提出的问题建立最优化问题的数学模型，确定变量，列出约束条件和目标函数；②分析建立的数学模型，选择合适的最优化方法。调用相应的优化工具箱函数；③完成优化计算，分析优化结果。其中的关键问题是建立数学模型，它将直接决定优化结果的成功与否。2实现给定运动规律的四杆机构优化设计模型的建立2．1设计变量的确定以曲柄摇杆机构为例说明四杆机构优化设计模型的建立方法。·制造业信息化·当曲柄Z，作等速运动时，要求摇

8、杆f，按已知运动规律xIr。(‘P)运动。各杆长度及曲柄的初始位置角为设计变量．即：x=【xlx2x3XaXS]1三Ⅳ1如如z4‘P0】T在计算时常取Z。=1，其它杆长按比例取为Z，的倍数。曲柄及摇杆f3的初始位置角都是杆长的函数，只