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基于多领域模型分析的参数优化设计

作　者: 张昌杰
导　师: 吴义忠
学　校: 华中科技大学
专　业: 数字化设计与制造
关键词: 多领域建模与仿真 Modelica 仿真优化参数优化多实例
分类号: TB114.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 172次
引　用: 3次
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内容摘要

随着科学技术的高速发展,产品结构和功能日趋复杂。现代机电产品通常是机械、电子、液压、控制等多领域子系统的综合体,传统单领域仿真工具不能满足其设计分析需要。近些年Modelica语言在复杂机电产品分析设计中得到了长足的发展。所以,基于多领域模型分析的参数优化是多领域建模与仿真的趋势,有着良好的工程应用前景。本文基于华中科技大学CAD中心自主研发的多领域建模仿真平台MWorks,研究基于多领域模型分析的参数优化问题,是国内对基于Modelica语言及其平台进行的仿真优化技术研究之初探。本文的研究从多领域优化建模、优化流程设计与实现以及优化求解算法研究等几个方面展开。多领域优化建模技术是参数优化的前提。本文研究了仿真优化模型的混合表达和优化模型中的状态变量和设计函数(包括约束函数和目标函数)的几种常用的取值类型,其中比较详细的讨论了上升时间、振荡时间和最大超调量等类型函数值的计算方法;研究并实现了支持多方案统一优化的多实例建模技术,以及通过编译器功能实现启发式建模方法。优化求解方法是参数优化的关键。本文研究并实现了MWorks中参数优化的流程设计,完成了多种优化算法的移植和对象封装,并根据优化算法的特点和优化模型的特性,研究了针对具体问题的优化算法的自适应选择。基于上述研究,在MWorks/Optimization模块中实现了基于多领域模型分析的参数优化设计,并在文章最后给出了典型的参数优化实例,验证了优化方法的有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 课题背景和来源  9-11
  1.2 课题的目的及意义  11-12
  1.3 研究综述  12-16
    1.3.1 多领域物理系统建模与仿真  12-13
    1.3.2 仿真优化  13-15
    1.3.3 基于Modelica 仿真平台的优化研究  15-16
  1.4 论文主要研究内容与组织结构  16-19
    1.4.1 本文主要研究内容  16-17
    1.4.2 本文组织结构  17-19
2 多领域优化建模技术  19-32
  2.1 多领域优化变量及函数的值类型  19-21
  2.2 多变量、多实例、多目标、多约束优化建模  21-22
    2.2.1 优化模型介绍  21-22
    2.2.2 优化模型建立  22
  2.3 多领域优化模型的主要数据结构  22-25
    2.3.1 调节参数  22-23
    2.3.2 实例参数  23
    2.3.3 实例约束和目标  23-24
    2.3.4 优化实例  24-25
  2.4 仿真优化混合模型  25-28
    2.4.1 混合模型介绍  25-26
    2.4.2 模型存储  26-28
    2.4.3 模型信息提取  28
  2.5 启发式建模  28-31
    2.5.1 主模型确定  28-29
    2.5.2 参数确定  29-30
    2.5.3 约束与目标确定  30-31
    2.5.4 实例设置  31
  2.6 本章小结  31-32
3 多领域优化求解策略  32-45
  3.1 仿真优化算法的特点  32-34
    3.1.1 常用仿真优化算法特点  32
    3.1.2 多领域优化模型中状态变量的特征  32-34
  3.2 优化流程设计  34-37
    3.2.1 优化流程  34-35
    3.2.2 优化流程实现  35-37
  3.3 MWorks 常用优化算法  37-40
    3.3.1 约束变尺度法  37-38
    3.3.2 拟牛顿乘子法  38-39
    3.3.3 Hooke-Jeeves 法  39
    3.3.4 遗传算法  39-40
  3.4 优化算法实现  40-42
    3.4.1 求解算法类系  40
    3.4.2 主要算法实现  40-42
  3.5 求解算法的自适应选择  42-44
  3.6 本章小结  44-45
4 优化设计运行实例  45-58
  4.1 F14 战机实例  45-47
  4.2 F14 的参数优化  47-57
    4.2.1 模型仿真  47
    4.2.2 优化建模  47-55
    4.2.3 运行优化和结果分析  55-57
  4.3 本章小结  57-58
5 结论和未来工作展望  58-60
  5.1 全文总结  58-59
    5.1.1 研究内容总结  58
    5.1.2 本文主要创新点  58-59
  5.2 下一步工作展望  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-64

基于多领域模型分析的参数优化设计

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