数值优化

摘要： “数值计算方法”是本科数学专业的重要专业基础课程之一,是将数值计算的方法融入最优化方法的一门课程,具有理论性、操作性、应用性的特点。本文介绍了在该课程教学的过程中,通过激发探究欲望、挖掘探究潜能、引导探究途径、研讨探究成果、总结探究过程、考核探究效果的“探究式”教学方法改革,培养学生的创新能力的课程改革实践与思考。

摘要： 基于RNG k-ε紊流模型,雷诺时均N-S方程,运用流体计算CFD软件对某泵站前池和开敞式进水流道进行三维流动数值模拟以及水力性能的优化设计。采用先局部后整体的优化方法,先对进水流道的底部坡度进行优化,再通过不断改变前池进水流道的总宽度,对泵站进水结构进行整体的优化设计。以进水结构出口断面速度均匀度和水力损失为目标函数,针对设计流量工况点做数值模拟。结果得出,优化后进水结构的水力损失由0.0035 m降低到0.0015 m,进水结构出口流速均匀度由38.62%提高到74.94%。优化后进水结构无漩涡产生,流态均匀,进水结构经优化后水力损失较小,说明数值模拟参与到前池和进水流道的优化缩短了试验周期,节约了成本,可以准确、可靠地指导工程应用,为同类泵站的设计和安全运行提供参考。

摘要： 细菌觅食优化算法趋化操作中的固定步长导致收敛速度偏慢,复制操作中以一半优质细菌进行复制,降低了种群多样性,从而影响算法的寻优性能.针对以上问题,在细菌觅食优化算法的趋向操作中使游动步长随着游动次数的增加而减小,希望保持前期较大步长侧重全局勘探与后期较小步长侧重局部开发的平衡搜索;复制操作中利用骨干思想对一半优质细菌的重心和方差信息实施实时调整的高斯变异,在半种群精英搜索邻域的基础上增加了种群的多样性,提高了细菌觅食优化算法的总体性能.为了验证该自适应骨干细菌觅食优化算法,采用CEC2014基准测试函数进行仿真实验,并与其他细菌觅食算法进行比较,证明提出的改进算法具有更强的全局搜索能力和总体性能.

摘要： 采用Moldflow软件对保险杠设置多个针阀式浇口,对各针阀式浇口开启时间进行优化,查看熔接痕、填充等值线等仿真结果,并将优化前后的仿真结果进行对比。结果表明:采用针阀式浇口,熔接痕数量极大减少,影响外观的熔接痕由11条降为3条;填充等值线疏密程度均匀,收缩率一致;翘曲变形量降低,最大翘曲变形量由12.56 mm降为9.87 mm;型腔压力和锁模力降低,最大锁模力由2500 t降为2200 t,优化效果明显。

摘要： 针对狭小车位平行泊车场景,本文中提出了一种基于曲线组合和数值优化的规划方法。首先,将泊车过程逆向化并划分为调整规划和入库规划,通过建立基于回旋-圆弧组合的约束优化模型设计调整规划,引导车辆库内调整位姿寻找出库关键点,建立基于回旋-圆弧-直线组合和五次多项式的约束优化模型设计入库规划,引导车辆寻找最佳泊车点;随后,通过Matlab针对不同工况进行仿真,验证算法的适应性;最后,通过实车试验验证规划路径的有效性。仿真和实车试验的结果表明,本文提出的平行泊车路径规划方法满足狭小泊车空间下的泊车需求,同时具有较强的适应性。

摘要： 轴流风机由于流量大、噪声低、运行稳定而广泛应用于很多场合的通风散热。将某型低压轴流风机作为研究目标,基于CFD预测全流道三维轴流风机在全流量条件下的气动性能,对风机进行全局优化:以风机几何参数为优化变量,静压和效率为目标函数,提高静压和效率的同时降低噪声,扩宽高效工作区范围,改善流体流动稳定性,计算结果表明采取的数值优化方法的可行性;并对优化后的风机进行风洞实验,将数值计算结果和实验数据进行对比,从而判断数值计算的可靠性与准确性。

摘要： 为改善高温熔盐泵底座支撑钢架受热环境,对底座和支撑钢架之间以及底座两安装钢板之间的隔热垫片材料导热系数进行数值优化,分析熔盐温度与隔热垫片导热系数对支撑钢架受热面的温度场影响。结果表明:隔热垫片能明显降低支撑钢架的受热面温度,当隔热垫片导热系数小于0.40 W/(m·K)时,其隔热作用最好。当隔热垫片导热系数低于0.10 W/(m·K),熔盐温度低于600°C时,钢架支撑面最高温度始终低于200°C,支撑钢架的工作性能可得到较好的保障。

摘要： 针对船用SCR反应器在机舱空间内的紧凑布置,开展了SCR反应器结构的非对称设计.基于计算流体力学研究了扩张段弯角α与收缩段锥角β对于流动均匀性与系统压降的影响.研究表明:在未装填催化剂的情况下,随着α增加,流动均匀性与系统压降均有所增加;而随着β的增大流动压降增加的同时,流动均匀性受其影响较小.在α为45°,β为30°时,相比对称设计,流动均匀性增加72.5%的同时,压降还降低了2%.在装填催化剂后,相比装填前优选方案入口及出口段压降变化不大但流动均匀性下降,同时发现在α为60°,β为30°时相较于对称设计流动均匀性增加了83.7%,而系统压降为装载催化剂后所有方案中最低的.通过SCR反应器结构的关键参数进行分解,挑选对流场影响最大的参数开展结构设计优化,为舱内空间的紧凑布置提供了一种新的思路.

摘要： 将复合材料结构铺层数量、铺层厚度和铺丝角度作为优化问题的变量,提出一种适用于复合材料结构的纤维丝束自动铺放路径规划的优化设计方法,以降低复合材料构件总质量为主要优化目标,按照结构应力方向选择纤维角度,根据应力大小确定铺层厚度,根据应力分布位置决定铺层数量,在包括结构强度和纤维丝束曲率半径在内的约束条件下,使复合材料构件的总质量最小化。以类三棱柱复合材料立体结构为主要研究对象,利用有限元分析工具构建并实现铺贴丝束材料模型,根据各种载荷对铺丝层压结构进行了实验验证。

摘要： 动力总成控制对无人驾驶汽车的动态性能和经济性起着重要的作用。为了提高车辆在路径跟踪过程中的动力性和经济性,提出了一种基于能量最优化的路径跟踪控制策略。控制策略分为两部分,在上层控制器中使用非线性模型预测控制来计算所需要的动力参数和前轮转角。下层控制器采用基于电机能耗数值最优的方法进行设计。该方法可以确保电机一直运行在效率最优状态,并可根据电机状态动态调节无级变速器以满足车辆动力需求。仿真结果表明,控制方案具有良好的跟踪性能和节能潜力。

摘要： 为了获得多吃水多速度点下,静水阻力综合较优的船体型线,本文以某船为研究对象,利用数值优化集成系统,采用最优化技术、曲面自由变形技术(FFD)和计算流体力学技术(CFD),对船体首部型线进行优化.数值计算表明,所得到的优化型线,在2个吃水和2个速度下,阻力均有所减小,在低速段功率减小约4％,初步达到优化的目标.

摘要： 在连续流量离心分离级联的数值优化上已有不少研究,从理论上提供了最优化的级联模型。但实际中级联各级的离心机台数必为整数，即各级流量为离散值，因此为了获取更好的分离效益，研究离散流量级联的数值优化、使其尽可能接近连续流量级联是十分必要的。论文比较了不同的优化方式，找到了简便高效地完成此种情况下数值优化的方式和策略。结果表明，离散流量和连续流量两种情况下最优级联的形状参数是完全一致的；具体的水力学参数并不相同，但相差不大。最后审视并改进了处理整实型变量混合优化的策略,减少了优化工作量,提高了优化效率。

摘要： 随着核电产业的发展对浓缩铀的大量需求以及稳定同位素日益广泛的应用,降低同位素分离的成本具有重要的意义。对于目前大规模分离同位素的主要方法—气体离心分离法,通过优化提升分离性能,使级联在满足同样外参数要求条件下的总流量为最小(即最优级联),是降低分离成本的重要途径.应用Q级联M参数优化理论以及相关优化策略和方法,分析了直接数值优化中的整实型变量混合、约束、多变量的问题并选择了合适的处理方法,针对不同的双组分和多组分分离问题进行了级联的直接数值优化.将优化结果与Q级联理论模型进行了比较,说明直接数值优化是可行的.

摘要： 本文采用离心通风机现代气动设计方法,选用效率高、噪声低的后弯叶轮,根据核级风机运行参数,初步设计并对风机内部流场进行三维数值模拟.通过分析风机全压、效率及内部流场,分别对风机叶片数目、叶片进口角、进口加速系数等参数进行优化,优化后风机效率达到87.74％,全压5328.6Pa,符合设计要求.样机的性能测试结果表明,在设计工况下,离心风机的效率可达87％以上,数值模拟与试验结果符合,所设计的离心通风机效率、全压符合实际中核电站大气安全壳内通风系统的使用要求,对实现核级风机高效、节能、国产化具有重要意义.

摘要： 同位素双稀释剂技术是稳定同位素组成分析的重要方法之一.为简单、快捷获取两单稀释剂之间以及双稀释剂与样品之间的最佳混合比，本文在蒙特-卡洛、鸟巢迭代算法的基础上，以50Cr-54Cr、74Se-77Se等同位素双稀释剂为例，进行数值模拟、优化得到了上述两个关键参数，且上述算法适合所有可用于同位素双稀释剂的元素。

摘要： 量子位编码方式、量子门旋转相位的确定，是目前限制量子遗传算法效率的两个主要问题。现有的量子遗传算法均采用量子位编码观察得到二进制编码，在用于数值优化问题时。由于需要频繁的编码解码导致计算量加大，不能满足多参数优化和高精度计算的要求；量子旋转门旋转角的方向和大小几乎都是基于查表法，涉及到多路条件判断，影响算法的效率。提出一种量子实数编码遗传算法(QRGA)，该算法采用实数编码省去编码解码过程，使求解精度不受编码位影响，能快速收敛到全局最优，并且QRGA采用自适应的方式对量子旋转门旋转角和变异概率进行调整，以保证了进化的方向性和提高算法效率。对比实验结果证实了该算法的可行性与有效性。

摘要： 飞艇气囊与浮升气体的热平衡控制问题是高空飞艇研究中必须解决的一个关键问题，因此对飞艇进行热分析和热控制研究是十分必要的。本文在已建立并得到验证的高空飞艇热力学控制模型的基础上，对高空飞艇外表面气囊材料进行了热辐射特性的最优化设计，以达到对飞艇实现热控制的目的。优化结果表明：当气囊材料具有低太阳辐射吸收率、高红外辐射发射率的特征时，高空飞艇内部温度变化受外界影响最小，定点工作控制模式最好。

摘要： 地球物理的多解性无处不在,面对这种情况往往结合地质资料来对反演结果进行合理的地质解释,但当资料比较少时,反演结果难以解释或者不确定等问题依然存在.因此,本文提出了一种基于地下水模型的大地电磁法反演解释优化方法.通过研究给定地质模型和多个基于反演结果解释的地质模型,并建立地下水数值模型,对比地下水水流和溶质运移数值模拟结果,确定相对最佳地质模型.通过敏感性分析验证了运用地下水数值模拟搜索相对最佳地质模型的可行性.

摘要： 地球物理的多解性无处不在,面对这种情况往往结合地质资料来对反演结果进行合理的地质解释,但当资料比较少时,反演结果难以解释或者不确定等问题依然存在.因此,本文提出了一种基于地下水模型的大地电磁法反演解释优化方法.通过研究给定地质模型和多个基于反演结果解释的地质模型,并建立地下水数值模型,对比地下水水流和溶质运移数值模拟结果,确定相对最佳地质模型.通过敏感性分析验证了运用地下水数值模拟搜索相对最佳地质模型的可行性.

摘要： 地球物理的多解性无处不在,面对这种情况往往结合地质资料来对反演结果进行合理的地质解释,但当资料比较少时,反演结果难以解释或者不确定等问题依然存在.因此,本文提出了一种基于地下水模型的大地电磁法反演解释优化方法.通过研究给定地质模型和多个基于反演结果解释的地质模型,并建立地下水数值模型,对比地下水水流和溶质运移数值模拟结果,确定相对最佳地质模型.通过敏感性分析验证了运用地下水数值模拟搜索相对最佳地质模型的可行性.

摘要： 本发明公开了基于数值优化极值搜索的无模型锅炉燃烧优化控制方法，包括：步骤1，采集锅炉燃烧系统k‑n至k时刻一个时间窗口内各个时刻的锅炉效率η(j)和氮氧化物排放值NOx(j)并设置容许误差ε，步骤2，计算k‑n至k时刻一个时间窗口内的锅炉效率的平均值η和氮氧化物排放值的平均值NOx，将η和NOx分别作为当前k时刻的锅炉效率和氮氧化物排放值；步骤3，将当前k时刻锅炉效率η和氮氧化物排放值NOx归一化，计算单目标函数J(k)；步骤4，计算性能指标随各层操作量的变化梯度gk；步骤5，计算搜索方向dk；步骤6，计算步长因子αk；步骤7，计算下一时刻待优化的操作量ui(k+1)；步骤8，重复步骤2～步骤7，直至算法收敛，得到最优操作量。

摘要： 一种基于数值优化算法的自适应救援轨迹规划方法，在运载火箭发生故障后，判断故障后救援轨迹是否需要重力辅助滑行；若不需要引入重力辅助滑行，则利用剩余燃料和推力，在当前轨道面内寻找最优的救援轨迹，以及运载火箭能够将有效载荷送入的救援轨道；若需要重力辅助滑行，则考虑改变轨道面的情况，通过引入重力辅助滑行，调整变轨时机，提升剩余燃料利用率，从而优化得到最优的救援轨迹，以及运载火箭能够将有效载荷送入的救援轨道。根据对剩余运载能力的评估，自适应生成轨迹规划数值优化算法的初值，并根据生成救援轨迹状态量初值，利用数值优化算法，确定救援轨迹，提升救援轨迹求解的收敛性和求解效率，降低问题求解难度。

摘要： 本发明属于水泵技术领域，公开了一种基于DOE的高温泵散热器数值优化方法，主要用于计算出散热效果最佳的高温泵散热器主要几何参数的最优组合。本发明的过程为：(1)基于DOE方法建立高温泵散热器数值优化的样本库；(2)采用响应面模型、或Kriging模型、或径向基函数神经网络模型，构建高温泵散热器主要几何参数与高温泵散热器散热性能之间的近似模型；(3)采用全局优化算法对近似模型进行全局优化；(4)根据优化结果，对高温泵散热器进行温度场分析、热变形分析、变形量分析。本发明提供了一种高温泵散热器的数值优化方法，不仅可以快速准确地确定高温泵散热器主要几何参数的最优组合，还可以大大缩短设计周期。

摘要： 本发明属于水泵技术领域，提供了一种主动减振的船用离心泵浮筏系统多工况数值优化方法。本发明的过程为：试验测量船用离心泵浮筏系统的振动性能；基于模态响应对船用离心泵浮筏系统的振动性能进行数值计算，分析振动速度水平的计算值与试验值之间的误差；基于DOE方法建立船用离心泵浮筏系统数值优化的样本库；采用全局优化算法对构建的近似模型进行优化，得出船用离心泵浮筏系统主要设计参数的最优组合。本发明可以较为准确地得到多个工况下加权振动速度水平最小的船用离心泵浮筏系统主要设计参数的最优组合。

摘要： 本发明公开了一种圆形口径平面阵列天线的方向图数值优化方法，首先根据天线发射频率、阵列口径形状和尺寸、阵列单元间距等系统参数建立圆口径分布的阵列单元布局；根据用户指定的波束指向角度确定每个单元的相位加权；然后设定幅度加权优化矢量，并初始化幅度加权优化矢量矩阵，采用差分进化算法对幅度加权优化矢量矩阵进行迭代数值优化，直到最佳优化矢量的适应度值低于设定阈值。本发明很好地解决了圆形口径矩形网格平面阵列和圆形口径三角网格平面阵列的数值优化问题，可快速优化出所需的幅度加权矩阵，使阵列方向图上的副瓣电平和零陷电平等方向图特征满足指标。

摘要： 本发明公开了一种基于数值优化的多尺度虚拟电厂优化调度方法及平台，用户通过申报数据主动参与到负荷削峰填谷的需求响应中，提升了用户侧用电弹性及用户侧参与电力市场调度的积极性；同时充分发挥用户侧的新能源发电、储能等可控负荷资源的荷削峰填谷作用，达到提升削峰填谷实际效应效果、保证用电质量安全的目的，也提升了清洁能源利用水平，进而降低燃煤发电的碳排放。此外，本发明通过从用户数据库筛选优质用户，降低参与到负荷削峰填谷的需求响应中的用户数，减少对用户干扰，可以提高优化调度系统的预测精度、可靠性。

摘要： 本发明公开了基于数值优化极值搜索的无模型锅炉燃烧优化控制方法，包括：步骤1，采集锅炉燃烧系统k?n至k时刻一个时间窗口内各个时刻的锅炉效率η(j)和氮氧化物排放值NOx(j)并设置容许误差ε，步骤2，计算k?n至k时刻一个时间窗口内的锅炉效率的平均值η和氮氧化物排放值的平均值NOx，将η和NOx分别作为当前k时刻的锅炉效率和氮氧化物排放值；步骤3，将当前k时刻锅炉效率η和氮氧化物排放值NOx归一化，计算单目标函数J(k)；步骤4，计算性能指标随各层操作量的变化梯度gk；步骤5，计算搜索方向dk；步骤6，计算步长因子αk；步骤7，计算下一时刻待优化的操作量ui(k+1)；步骤8，重复步骤2～步骤7，直至算法收敛，得到最优操作量。

摘要： 本申请提供一种基于数值优化的可重复使用火箭着陆段可行域计算方法，该方法包括：确定可重复使用火箭着陆段的运动方程；确定可重复使用火箭着陆段的约束；确定可重复使用火箭着陆段的优化目标函数；根据运动方程、约束和优化目标函数计算可重复使用火箭着陆段可行域。本申请通过可重复使用火箭着陆段的运动方程、约束和优化目标函数计算可重复使用火箭着陆段可行域，使得可重复使用火箭着陆段可行域的计算充分考虑着陆段过程的运动和约束特点，进而提升了可重复使用火箭着陆段可行域计算的收敛性。

摘要： 本发明公开的一种基于六度分隔理论的社交网络数值优化方法，包括：构建社交网络模型，设立连接中心、线上好友和线下好友三类节点，组建以社交集群为基本构成单位的社交网络结构；将待求解的目标函数构造成评价函数，使得目标函数求得最优解时，对应的评价函数取得最大值；计算目标函数的最优解的整数部分；计算目标函数的最优解的小数部分；将目标函数的最优解的整数部分和小数部分相加，得到目标函数的最优解。本发明的有益效果：通过仿真人与人的社交网络，提升社交网络的全局寻优能力和计算精度。

摘要： 本发明提出了一种雷达最大方向性波束综合的数值优化方法，包括计算对应的交叉极化、副瓣电平、零陷约束的区域；计算对应区域的电场值；计算主极化方向性系数的最优解。本发明提出的解析解及数值优化方法，本发明方法可以针对任意阵列，在考虑单元耦合和平台效应情况下，对副瓣、零陷和交叉极化进行约束或无约束的条件下，均可以进行最优方向性波束综合。因而，本文方法具有较强的普适性和较为广泛的应用价值。