区间参数优化在液压系统污染控制中的应用研究

摘要

与其他传动方式相比，液压传动具有独特的技术优势，其应用领域几乎囊括了国民经济各工业部门。液压系统在长期工作过程中不可避免会受到污染，各种污染物造成系统和元件工作不稳定、性能恶化，甚至于发生灾难性后果。因此，应主动采取有效措施控制液压系统污染，以降低系统的故障率和维修时间，满足国民经济各行各业对液压系统安全可靠运行的迫切要求。
　　 控制液压系统污染的首要问题是合理地设计和维护过滤系统，降低各关键点的污染度，以保证敏感元件良好的工作性能，但同时又增加了成本，因此应引入优化的思想，在性能和成本之间折衷，做出最优决策。由于在优化建模中存在许多不确定参数，因此有必要采用先进的不确定性优化理论和方法，对过滤器进行优化配置研究。
　　 本文首先总结了国内外液压系统污染控制和不确定性优化方面的最新研究成果，指出了目前研究有待解决的问题，阐述了采用优化思想和不确定性优化方法对过滤器进行配置的必要性。其次，以典型单回路液压系统为研究对象，在深入探讨污染物迁移规律和污染传递方程的基础上，以过滤系统总的设计和维护运行成本为目标函数，以敏感元件污染耐受度和过滤器纳污容量为约束条件，建立了过滤器配置的优化决策模型，并通过对假想事例的分析，阐述了模型的具体应用方法。仿真研究表明，通过多阶段混合整数非线性规划(MMINLP)方法求解模型，可以获得液压系统污染度的状态信息与过滤系统运行成本等的关系，从而对吸油路、压力油路以及回油路是否需要安装过滤器以及何时更换（清洗）滤芯做出最优决策。
　　 最后，考虑到污染物侵入/产生率、污染度、污染耐受度、过滤器纳污容量、成本参数等不确定性因素，将其表示成区间数的形式，建立了液压系统过滤器配置的不确定性优化决策模型，并提出了一种新的优化方法——含区间参数的多阶段随机混合整数线性规划(IMMILP)方法对其求解，得到了不确定情况下过滤器的优化配置方案。假想事例结果分析表明，降低污染物侵入/产生率是控制系统维护运行成本的根本措施，而过滤器优化配置是控制系统维护运行成本的重要手段。