【摘要】：代理模型技術(shù)是解決復(fù)雜工程優(yōu)化問題的有效途徑之一,但對于復(fù)雜高維問題仍存在計(jì)算效率與預(yù)測精度均較低的不足。為了改善代理模型技術(shù)的計(jì)算效率與精度,本文在研究代理模型技術(shù)相關(guān)理論與方法的基礎(chǔ)上,以徑向基代理模型技術(shù)為研究對象,構(gòu)建了徑向基代理模型技術(shù)研究框架,提出了基于聯(lián)合策略的徑向基代理模型技術(shù),并將其應(yīng)用于工程實(shí)際問題的設(shè)計(jì)優(yōu)化中,旨在為類似問題提供一種可行的解決方案。本文的主要研究工作如下:(1)針對復(fù)雜工程黑箱問題的近似優(yōu)化求解,利用模型評價(jià)準(zhǔn)則對幾種常用代理模型技術(shù)進(jìn)行了性能仿真分析比較。選擇徑向基代理模型為研究對象,結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和智能優(yōu)化算法,構(gòu)建了徑向基代理模型技術(shù)研究框架。(2)針對現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法抽樣均勻性較低的問題,通過對拉丁超立方實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的特性分析,構(gòu)建了一種輔助函數(shù)與距離評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),提出一種均勻抽樣的拉丁超立方設(shè)計(jì),并進(jìn)行仿真測試分析;同時(shí),針對現(xiàn)有智能優(yōu)化算法存在優(yōu)化性能較差的問題,對新型優(yōu)化算法——七星瓢蟲優(yōu)化算法進(jìn)行改進(jìn)研究,提出一種基于變異策略的自適應(yīng)七星瓢蟲優(yōu)化算法。利用數(shù)值算例驗(yàn)證了改進(jìn)算法在尋優(yōu)效率與收斂速度上的優(yōu)越性,為基于代理模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一種可行有效的輔助指導(dǎo)。(3)針對徑向基代理模型技術(shù)在處理復(fù)雜問題時(shí)預(yù)測精度與效率較低的不足,通過分析影響模型預(yù)測精度的樣本點(diǎn)因素和結(jié)構(gòu)因素,對徑向基代理模型技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。考慮樣本點(diǎn)因素的影響,提出基于多策略的改進(jìn)徑向基代理模型技術(shù),算例表明該技術(shù)能較好地保證計(jì)算效率與預(yù)測精度;針對結(jié)構(gòu)因素的影響,通過對徑向基核函數(shù)的結(jié)構(gòu)分析,提出基于融合核函數(shù)的徑向基代理模型技術(shù),算例測試表明,改進(jìn)技術(shù)能有效克服了徑向基函數(shù)的結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn),提高了模型的預(yù)測精度。結(jié)合兩種改進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢,將兩種技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合,提出基于聯(lián)合策略的徑向基代理模型技術(shù),以推廣徑向基代理模型技術(shù)在復(fù)雜高維問題時(shí)的擬合能力。通過數(shù)值與工程算例仿真分析,并與前兩種改進(jìn)技術(shù)比較,該技術(shù)既能保證徑向基函數(shù)在擬合過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,又具有更高的尋優(yōu)效率與精度,可極大擴(kuò)展徑向基代理模型技術(shù)在高維問題的適應(yīng)性。(4)以臥式中心銑床立柱為研究對象,展開基于聯(lián)合策略的徑向基代理模型技術(shù)工程應(yīng)用研究。在Pro-E與Abaqus平臺(tái)上建立了立柱結(jié)構(gòu)模型,通過靜力學(xué)與模態(tài)分析確定優(yōu)化目標(biāo)、靈敏度分析法確定設(shè)計(jì)變量,構(gòu)建了立柱的優(yōu)化模型,利用基于聯(lián)合策略的徑向基代理模型技術(shù)對該問題進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后立柱的質(zhì)量減輕了4.8%,最大變形量較優(yōu)化前降低了 14.776%,一階頻率提高了8.474%,表明所提技術(shù)對復(fù)雜工程問題的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有十分重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB114.1
【圖文】：

2.1 代理模型技術(shù)代理模型技術(shù)是一種基于統(tǒng)計(jì)分析思想構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型，通過建立復(fù)雜問題的代理模型代替真實(shí)模型，以達(dá)到減少計(jì)算耗費(fèi)的目的。代理模型技術(shù)的構(gòu)建流程如圖2-1所示：圖 2-1 代理模型技術(shù)構(gòu)建流程圖Fig. 2-1The construction process of surrogate model technology由圖 2-1 可知，代理模型技術(shù)的構(gòu)建階段包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（產(chǎn)生樣本用于模型擬合）、代理模型類型選擇（擬合樣本的方式）和精度評估（檢驗(yàn)?zāi)Ｐ陀行裕�。從理論上來說，樣本點(diǎn)數(shù)目若足夠多，預(yù)測性能高的代理模型是能夠保證的，這與代理模型技術(shù)的設(shè)計(jì)初衷相違。因此，較為合理的做法是選擇合理適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與代理模型類型，旨在以較少均勻分布的樣本構(gòu)建較高精度的代理模型。下面對幾種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與代理模型進(jìn)行適用性闡述與分析，為后續(xù)代理模型技術(shù)改進(jìn)奠定理論基礎(chǔ)。2.1.1 常用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是以統(tǒng)計(jì)學(xué)思想為基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)空間中進(jìn)行合理布點(diǎn)的過程，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主要流程如圖 2-2 所示。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)決定樣本點(diǎn)在空間分布情況，而樣本的分布是否能均勻充滿整個(gè)空間

2f 函數(shù)的擬合效果圖2-3 和 函數(shù)的擬合效果Fig.2-3 Fitting effect of and function（a）真實(shí)模型 （b）RBF模型（c）Kriging模型 （d）SVM模型圖2-43f 函數(shù)的擬合效果Fig.2-4 Fitting effect of function

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2732781