[發(fā)明專利]基于B-distance的時變可靠性序列優(yōu)化方法

在審

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• 申請日: 2018-08-15
• 公開（公告）號: CN109101731A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪忠來;程曉文;王志華;王磊;趙寧
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發(fā)明公開基于B?distance的時變可靠性序列優(yōu)化方法，通過時變靈敏度分析法選取每次迭代過程中少量靈敏度較大的參數(shù)作為校驗(yàn)參數(shù)，通過B?distance指標(biāo)法合理量化了模型確認(rèn)精度，間接地估計出了模型參數(shù)值，通過基于穿越率法的時變可靠度分析方法求解時變可靠度，對包含性能退化約束的時變RBDO模型進(jìn)行了驗(yàn)證更新，實(shí)現(xiàn)了模型準(zhǔn)確驗(yàn)證更新。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于可靠性領(lǐng)域，特別涉及一種序列優(yōu)化技術(shù)。

背景技術(shù)

序列并行優(yōu)化方法給優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域帶來了福音，該方法一般會在每一個序列優(yōu)化子問題或者子區(qū)域內(nèi)兼顧模型確認(rèn)等相關(guān)內(nèi)容，提高了優(yōu)化準(zhǔn)確度和效率。在序列優(yōu)化設(shè)計中加入模型確認(rèn)的思想，可以一邊驗(yàn)證更新，一邊序列優(yōu)化設(shè)計，利用這種“并行優(yōu)化”的思想可以優(yōu)化出期望的真實(shí)可靠的結(jié)果。然而由于現(xiàn)代系統(tǒng)本身的復(fù)雜機(jī)制造成高度非線性以及應(yīng)激載荷、運(yùn)行工況和產(chǎn)品特性造成的不確定性和時間相關(guān)性，單純的序列優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)顯得非常力不從心了。因此充分考慮現(xiàn)代復(fù)雜系統(tǒng)的特性，應(yīng)用合理的模型確認(rèn)方法量化模型參數(shù)校驗(yàn)的準(zhǔn)確程度，同時引入時變可靠性優(yōu)化設(shè)計思想來解決變量不確定性以及耦合的模型時變特性給系統(tǒng)造成的危害，保證優(yōu)化安全高效。

一般地，傳統(tǒng)意義上融合模型確認(rèn)的序列優(yōu)化設(shè)計只用一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比校核計算，無法看出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)組數(shù)對校核結(jié)果的影響，同時對參數(shù)校核的準(zhǔn)確程度缺乏足夠的辨識度，對于參數(shù)校核的準(zhǔn)確程度無從知曉。因此有必要引入現(xiàn)行的一些定量的模型精度檢驗(yàn)方法來可視化模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)吻合程度。現(xiàn)行定量的模型精度檢驗(yàn)方法有置信區(qū)間法、累積分布函數(shù)面積差法、U-pool法和B-distance指標(biāo)法。置信區(qū)間法要求實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)必須落入到預(yù)測模型的預(yù)定置信水平之內(nèi)，才能對預(yù)測模型做進(jìn)一步地校驗(yàn)確認(rèn)，這對少量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況顯然不利。累積分布函數(shù)面積差法和U-pool法都需要計算累積分布函數(shù)面積差值，在計算差值時，如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少可能會造成模型響應(yīng)PDF和實(shí)驗(yàn)響應(yīng)PDF差異巨大的情況，此時計算結(jié)果的可信度也將不是很高。而B-distance指標(biāo)法直接用區(qū)間[0,1]上的小數(shù)來表征預(yù)測模型和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)的整體差異，并且充分考慮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)目對模型精度的影響，比較適合樣本較少的情況。B-distance指標(biāo)法雖然非常具有競爭力，然而業(yè)界還沒有很好地將B-distance指標(biāo)法和參數(shù)校核緊密地結(jié)合起來，相關(guān)的研究很少。

另外，傳統(tǒng)意義上的序列優(yōu)化設(shè)計只在每個設(shè)計子域進(jìn)行確定性優(yōu)化設(shè)計，而大型裝備的材料性質(zhì)、制造、裝配等方面存在著諸多不確定性，并且現(xiàn)代復(fù)雜系統(tǒng)本身由于外部載荷、運(yùn)行工況、工作應(yīng)力等運(yùn)行環(huán)境以及產(chǎn)品的自身屬性作用都會對結(jié)構(gòu)的性能退化產(chǎn)生影響，進(jìn)而衍生出來了時變性、不確定性、復(fù)雜性、交互耦合性等諸多特征，因此單純的確定性優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)不能滿足實(shí)際要求。研究系統(tǒng)時變可靠性理論與方法，開展時變可靠性設(shè)計的相關(guān)研究，對于實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行具有重要意義。具體而言，時變可靠性設(shè)計的研究主要集中在時變可靠性分析和時變可靠性設(shè)計優(yōu)化上。前者為時變可靠性序列優(yōu)化設(shè)計的高置信水平實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。而后者在設(shè)計階段考慮系統(tǒng)運(yùn)行周期可靠性的動態(tài)性，為設(shè)計結(jié)果與實(shí)際工程的吻合程度提高奠定了基礎(chǔ)。業(yè)界提出的常用的時變可靠性分析法有極值分布方法、復(fù)合極限狀態(tài)法、穿越率方法以及在穿越率基礎(chǔ)上發(fā)展起來的PHI2方法、PHI2+方法等，常用的時變可靠性設(shè)計優(yōu)化方法有雙環(huán)法、解耦法等。極值相關(guān)方法關(guān)注給定時間段內(nèi)的全局極大極小值，而穿越率相關(guān)方法關(guān)注首次超越臨界值事件，性能退化這種單邊穿越誤差限的隨機(jī)過程和穿越率相關(guān)方法不謀而合。如何結(jié)合穿越率法最新的研究成果和時變可靠性優(yōu)化設(shè)計中常用的雙環(huán)法，充分考慮性能退化過程組成的仿真模型中蘊(yùn)含的諸多不確定性、時變性等，將對于時變可靠性序列優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域的擴(kuò)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種時變可靠性序列優(yōu)化方法，利用B-distance指標(biāo)優(yōu)化策略間接得到模型參數(shù)估計值，在局部設(shè)計子域內(nèi)結(jié)合PHI2+法進(jìn)行相關(guān)時變可靠性優(yōu)化設(shè)計。