基于神经网络的摆动活齿减速器的多目标模糊稳健优化设计

摘要

稳健设计方法是近年来发展起来的一种工程设计方法，其指导思想是利用因素状况（原因）发生微小变差对因变量（结果）影响的不敏感性对产品的性能、质量和成本综合考虑做出最佳设计，以提高产品质量，降低成本。本文将稳健设计亦称为稳健优化设计，目前机械传动的稳健优化设计方法仍采用的是传统的优化设计方法，没有考虑各设计参数的模糊性和随机性；且在它的优化过程中，仍然采用传统的优化算法，如复合型法等，而这些传统的优化算法存在着局部最优现象，优化速度慢。因此这种传统的优化设计方法的结果，常常与实际情况不符，甚至是不可行的设计方案。 本文探讨了考虑设计参数的模糊性和随机性，且利用神经网络优化方法寻得最优解的摆动活齿传动的多目标模糊稳健优化设计方法。摆动活齿减速器是一种新型高性能传动装置，它是用于传递两同轴间回转运动的新型少齿差行星齿轮传动（简称活齿传动），具有结构紧凑、传动比范围广、承载能力大、传动效率高等优点。这些特征使摆动活齿减速器在工业上具有广阔的应用前景，但在某些研究方面还并未成熟，且用一般的优化设计方法对摆动活齿减速器的工作还没有获得满意的成果。神经网络的优化应用是利用神经网络能量函数的极小点对应于系统的稳定平衡点，这样能量函数极小点的求解就转化成求解神经网络系统的稳定平衡点。随着时间的演化，网络的运动轨道在相对空间中总是朝着能量函数减少的方向运动，最终达到系统的平衡点--能量函数的极小点。因此，如果把神经网络动力系统的稳定平衡点设为一个适当的能量函数（或广义目标函数）的极小点，优化设计就是从一个初始点找到目标函数的极小点即求得最优点，所以本文将其运用于摆动活齿减速器的模糊稳健优化设计中，以期准确可靠快速地从众多的设计方案中获得最好的设计方案，从而提高了设计结果的合理性，经济性，适用性。 本研究将当前比较流行的大型科学计算软件--MATLAB作为优化与计算的平台。首先在MATLAB环境中对摆动活齿减速器进行模糊优化，然后运用田口稳健设计方法对优化结果进一步分析，通过内表和外表进行参数设计得出模糊稳健优化设计结果，随之在模糊稳健优化的基础上将神经网络应用于本文的求解优化问题中，得出最终优化结果，优化结果表明提高了优化质量。然后利用MATALB软件进行图像分析，最后在Pro/ENGINEER的环境中对优化后的摆动活齿减速器进行虚拟设计建模。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章概论

1.1课题背景与意义

1.2活齿传动的发展状况

1.3稳健设计国内外研究的现状与发展趋势

1.4模糊稳健设计研究的阶段与进展

1.5神经网络在优化设计中的应用研究现状

1.6本文研究内容

第二章摆动活齿传动基本理论

2.1摆动活齿的传动结构

2.2摆动活齿传动原理

2.3传动比分析

2.4摆动活齿传动齿型综合正解

2.5摆动活齿等效机构

2.6效率计算

2.6.1力学分析

2.6.2活齿啮合效率

2.6.3整机传动效率

2.6.4实例分析

2.7强度计算

2.7.1活齿与内齿圈啮合副的接触强度

2.7.2活齿与激波器啮合副的接触强度

2.7.3活齿柱销的弯曲强度

2.7.4强度许用应力的选取

2.8小结

第三章神经网络多目标模糊稳健优化设计基本理论

3.1神经网络优化设计理论

3.1.1人工神经网络基本原理

3.1.2神经网络优化计算原理及过程

3.1.3用于优化设计的Hopfield神经网络模型

3.2模糊数学基本理论

3.2.1模糊数学基本概念

3.2.2常用隶属函数

3.3模糊综合评判

3.3.1一级模糊综合评判步骤

3.3.2权数的确定

3.3.3合成运算的评判模型

3.4田口式稳健设计理论

3.4.1三次设计

3.4.2正交试验设计

3.4.3信噪比(SN)

3.4.4参数设计

3.5本章小结

第四章神经网络多目标模糊稳健优化设计模型

4.1多目标模糊稳健优化设计模型

4.1.1多目标模糊优化模型

4.1.2多目标优化的求解

4.1.3参数设计

4.2摆动活齿传动减速器模糊稳健优化设计

4.2.1目标函数

4.2.2约束条件

4.2.3模型求解

4.2.4参数设计

4.3神经网络摆动活齿传动减速器多目标模糊稳健优化设计

4.3.1 Hopfield神经网络结构

4.3.2运用Hopfield神经网络进行优化参数求解

4.3.3运用BP神经网络进行优化参数求解

4.4优化结果对比分析

4.5图像分析

4.6小结

第五章摆动活齿减速器虚拟设计建模

5.1虚拟设计与虚拟装配

5.1.1虚拟设计建模

5.1.2虚拟装配

5.2变量化设计

5.3虚拟样机建模

5.3.1 Pro/ENGINEER简介

5.3.2主要零件模型

5.3.3零件装配

5.4小结

第六章总结

一、本文的研究成果

二、对本课题的展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文