基于组合代理模型的磁流变减振器多目标优化设计

摘要

磁流变液是近年来智能材料中迅速发展的一种，磁流变液在无磁场时表现出低粘度、流动性好的特性；而在外加磁场作用下，其流变特性瞬间发生变化，表现出高粘度、流动性差的Bingham粘塑体特性，磁流变液体的屈服应力和粘度能够随外加磁场变化发生可逆变化。　　磁流变减振器是一种近年来基于磁流变液发展起来的新型智能控制的减振器，其减振性能随磁流变液材料的特性变化而变化，具有阻尼可调、响应速度快、动态调节范围宽、功耗低、结构简单等优良性能。在磁流变减振器多领域耦合下的多目标优化设计中，本文研究的减振阻尼力、可调阻尼力范围、电磁响应时间是三项重要的性能指标，并且三项性能之间存在矛盾关系，理想情况要求减振阻尼力取得最大值，可调阻尼力范围取得最大值，电磁响应时间取得最小值。通过对磁流变减振器的磁路设计和结构设计等分析，三个优化目标之间，难以同时达到最优状态。对于多个目标变化趋势不统一的问题，代理模型方法被看作是有效的求解方法。　　为了提高代理模型求解的效率、精度和鲁棒性，应针对实际问题的不同特性，选用不同元模型的线性组合使各元模型充分展现各自的预测性能，来获得较好的整体预测精度。为此，本文提出了一种优化迭代权因子的组合代理模型构建方法。首先采用留一交叉验证策略和预测平方和来计算初始权因子，然后对权因子进行迭代，并在每次迭代的过程中对其进行更新，直至最终得到的组合代理模型达到理想的预测精度。为了验证该方法的有效性，对3个基准问题构建了3种元模型和5种组合代理模型，从效率、精度和鲁棒性等方面进行性能比较。结果表明本文所提出的方法在代理模型求解的效率、精度和鲁棒性方面均表现出优异的性能。　　本文采用多领域统一建模平台MWorks软件进行磁流变减振器建模，并对德尔福公司乐聘系列某型号单筒活塞式磁流变减振器产品进行仿真分析，验证了磁流变减振器多领域统一模型的正确性；然后针对所研究的单筒活塞式磁流变减振器的多领域统一模型仿真获得若干输入、输出变量值，利用输入、输出变量值构建所研究的单筒活塞式磁流变减振器组合代理模型；最后运用NSGA-II优化方法进行优化求解，获得设计参数的最优解，其满足《汽车筒式减振器尺寸系列及技术条件》（QC/T491-1999）的规定，并与所研究的单筒活塞式磁流变减振器的设计初值和加权系数优化方法进行比较。结果表明：本文提出的优化方法不仅能提升单筒活塞式磁流变减振器的性能，得到满足要求的理想解，而且优化求解时间仅为加权系数优化方法的42.3％，大大提高了优化求解的效率，较好的解决了磁流变减振器多目标优化设计问题。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 多领域统一建模方法

1.4 多目标优化设计概述

1.5 本文研究主要内容

第2章 磁流变减振器方案设计

2.1 引言

2.2 磁流变减振器工作原理

2.3 磁流变减振器的磁路设计

2.4 磁流变减振器减振性能数学模型

2.5 本章小结

第3章 磁流变减振器多领域统一建模

3.1 引言

3.2 多领域统一建模概述

3.3 磁流变减振器模型

3.4 本章小结

第4章 代理模型技术及其评价方法

4.1 引言

4.2 试验设计

4.3 单一代理模型方法及误差评估方法

4.4 模型误差评价方法

4.5 本章小结

第5章 优化迭代权因子组合代理模型

5.1 引言

5.2 组合代理模型概述

5.3 优化迭代权因子组合代理模型(EGR)

5.4 模型验证

5.5 本章小结

第6章 磁流变减振器多目标优化设计

6.1 引言

6.2 多目标优化问题及其求解方法

6.3 磁流变减振器多目标优化模型

6.4 磁流变减振器组合代理模型及其优化

6.5 本章小结

第7章 总结与展望

致谢

参考文献

附录