[發明專利]考慮多目標多約束性能均衡的機械結構穩健優化設計方法

有效

• 申請號: 201810143309.4
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108388726B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 程錦;周振棟;劉振宇;譚建榮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F30/17;G06N3/12;G06F111/06;G06F119/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜;邱啟旺

1.一種考慮多目標多約束性能均衡的機械結構穩健優化設計方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)根據機械結構性能多目標多約束穩健優化設計要求，確定不確定向量和設計向量的取值范圍，以機械結構多個性能指標的區間中點和長度為目標函數，將具有最大值限定的機械結構多性能指標描述為區間約束函數，建立機械結構性能的多目標多約束穩健優化設計模型；

2)在由設計向量和不確定向量確定的設計空間內進行采樣，獲取各樣本點所對應設計向量的機械結構性能指標，構建結構性能指標的近似預測模型；

3)利用雙層嵌套遺傳算法獲得步驟1)建立的機械結構性能多目標多約束穩健性優化設計模型的最優解，即為適應度最大的設計向量；具體包括以下子步驟：

3.1)雙層嵌套遺傳算法初始化設置，生成初始種群；

3.2)在遺傳算法內層，根據構建的近似預測模型計算得到當前種群個體的目標和約束性能左右邊界值；計算設計向量所對應的區間約束性能的穩健均衡性系數B_g_j(x)、區間目標性能的穩健均衡系數B_f_i(x)、區間約束與目標性能穩健性均衡系數B_gf_j(x)：

其中f_i^L(x)和f_i^R(x)、f_i^C(x)和f_i^W(x)分別是當前種群中設計向量的第i個結構目標性能指標的區間左右界區間，區間中值和長度；和分別為當前種群中設計向量的第j個結構約束性能指標的區間左右界，區間中值和長度；和分別為第j個指定區間的區間左右界，區間中值和長度；和分別為當前種群中所有需進行對比的設計向量的第i個目標性能指標的區間中值和區間長度的平均值；

3.3)在遺傳算法外層，將設計向量區分為可行解和不可行解；

基于區間約束性能的穩健均衡性系數B_g_j(x)和區間目標性能的穩健均衡系數B_f_i(x)，對可行解進行分類，若所有B_g_j(x)和B_f_i(x)均大于0，則可行解x整體性能均衡，歸為A類；若所有B_g_j(x)大于0且存在B_f_i(x)小于0，則可行解x約束性能均衡，歸為B類；若存在B_g_j(x)小于0且所有B_f_i(x)大于0，則可行解x目標性能均衡，歸為C類；若存在B_g_j(x)和B_f_i(x)均小于0，則可行解x整體性能非均衡，歸為D類；

3.4)分別計算A，B，C，D四類可行解的目標性能穩健性整體距離D(x)，具體步驟如下：

3.4.1)計算可行解對應第i個目標性能指標的區間目標性能穩健性距離D_i(x)：

其中，和為上述每個類別內所有可行解的第i個目標性能的區間中值和區間長度的最小值；

3.4.2)對可行解的n_f個區間目標性能分別利用D_i(x)升序排序，每個可行解將對應具有n_f個排序序號r_i(x)，從而計算目標性能穩健性整體距離D(x)為：

其中n_f為目標性能指標個數，n_g為約束性能指標個數；

3.5)A，B，C，D四類可行解分別利用D(x)進行類內排序，對不可行解進行排序，可行解優于不可行解，可行解A類優于B類優于C類優于D類，得到當代種群所有個體的優劣排序；

3.6)每次迭代完成后，判斷是否達到最大迭代次數或者收斂條件：如達到，輸出最優解；否則，對當前迭代次數加1處理，并進行交叉和變異操作從而生成外層遺傳算法新種群的新個體，返回步驟3.2)。