可靠性优化及其在折叠翼展开机构中的应用研究

摘要

可靠性优化(RBO)设计是以普通优化设计为基础发展起来的。它一般是将系统可靠性要求作为约束条件或者目标函数，再有机的结合最优化算法的数值计算方法，最后得到的是在概率意义下的最优设计。在可靠性优化问题的研究中，可靠性与优化的耦合求解是比较难的问题，通俗来讲就是如果以可靠性水平作为约束，且因为可靠性约束是设计变量的概率函数，对可靠性约束的处理是RBO设计中不容易解决的问题。　　本文从优化设计与可靠性分析的基本原理出发，致力于研究出高效的可靠性优化问题的分析求解流程并应用到实际工程中。在分析了基本粒子群算法与序列二次规划算法基本原理后，结合混沌搜索和自适应惯性权重的思想，提出了基于SQP和自适应搜索的混沌粒子群优化算法，经典函数算例和展开机构连杆优化实例表明算法具有较高的求解精度和求解稳定性。结合拉丁超立方抽样、回归分析方法和多项式混沌扩展理论，提出了基于多项式混沌扩展的可靠性随机分析程序，并结合本文提出的优化算法，得出RBO问题的一般分析流程。展开机构连杆可靠性优化实例表明该分析流程求解结果与直接Monte Carlo方法相比非常接近，比一阶二次矩法更加实用。　　最后将所提出的可靠性优化分析流程应用于声阵列折叠翼展开机构的可靠性优化设计中，得到了使系统性能最优并且满足系统展开时间和展开冲击力可靠性要求的最优解，最优解处的ADAMS仿真结果也验证了求解结果的正确性。本文对实际工程问题的RBO分析过程及折叠翼展开机构的RBO设计有一定参考作用。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1课题研究背景及意义

1．2优化理论发展概况

1．3基于可靠性的优化理论研究现状

1．4折叠翼展开机构研究现状

1．5论文主要研究内容

2可靠性优化基本原理及方法

2．1概述

2．2机械优化设计基本理论

2．2．1优化设计数学模型

2．2．2优化设计算法结构

2．3机械可靠性设计分析基本理论

2．3．1可靠性分析基本概念

2．3．2一般可靠性分析方法

2．4机械可靠性优化基本理论

2．4．1机械可靠性优化数学模型

2．4．2机械可靠性优化一般分析计算流程

2．5本章小结

3基于SQP和自适应搜索的混沌粒子群算法

3．1概述

3．2．1基本PSO算法

3．2．2 SQP局部搜索策略

3．2．3 Logistic混沌搜索

3．2．4 CAPSO-SQP重要参数分析

3．2．5 CAPSO-SQP算法实现

3．3实验分析

3．3．1实验设置

3．3．2实验结果及分析

3．4折叠翼展开机构连杆优化设计

3．5本章小结

4基于多项式混沌扩展和CAPSO-SQP的可靠性优化方法

4．2．1多项式拟合线性回归模型

4．2．2回归模型方差及残差图分析

4．3多项式混沌扩展(PCE)

4．3．1多项式混沌扩展理论基础

4．3．2应用正交多项式的随机变量随机近似

4．3．3厄米特(Hermite)多项式

4．4可靠性优化随机分析程序

4．4．1拉丁超立方抽样(LHS)

4．4．2随机分析程序

4．4．3基于PCE和CAPSO-SQP的可靠性优化算法

4．5折叠翼展开机构连杆可靠性优化设计

4．6本章小结

5基于可靠性优化的声阵列折叠翼展开机构设计

5．1概述

5．2声阵列展开机构工作原理

5．3折叠翼展开机构运动学模型

5．4折叠翼展开机构动力学模型

5．4．1展开机构系统动能

5．4．2展开机构系统广义力

5．4．3展开机构系统动力学微分方程

5．5展开机构参数化建模

5．6声阵列展开机构可靠性优化模型的建立

5．6．1展开机构可靠性优化设计变量及随机变量

5．6．2展开机构可靠性优化目标函数

5．6．3展开机构可靠性优化约束条件

5．6．4展开机构可靠性优化模型

5．7声阵列展开机构可靠性优化模型的求解

5．7．1展开时间及冲击力PCE模型随机分析

5．7．2声阵列展开机构优化模型求解

5．8可靠性优化结果模型仿真验证

5．9本章小结

6结束语

6．1总结

6．2展望

致谢

参考文献

附录