[發明專利]一種基于自適應代理模型的齒輪傳動裝置多目標優化設計方法

在審

• 申請號: 201911075400.8
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN110889202A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 劉鑫;陳德;周振華;龔敏;劉祥
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F111/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于自適應代理模型的齒輪傳動裝置多目標優化設計方法，該方法通過拉丁超立方實驗設計方法對樣本點進行采樣，同時利用徑向基函數求解樣本點對應的最優形參數，并將所求的最優形參數與樣本點結合來構建齒輪傳動裝置的代理模型；為了提升計算效率，將局部加密近似模型方法引入迭代求解過程，同時對代理模型進行多次重構來保證代理模型和計算結果的精度，并通過多目標性優化方法求解滿足齒輪傳動裝置結構特性的非支配解集；本發明不但能有效提升齒輪傳動裝置的結構特性，而且可從本質上提高優化的計算效率和求解質量，在齒輪傳動裝置設計領域具有廣泛的工程應用價值。

技術領域

本發明涉及齒輪傳動裝置結構設計領域，具體涉及一種基于自適應代理模型的齒輪傳動裝置多目標優化設計方法。

背景技術

輪傳動裝置是機械傳動系統中最常見的傳動形式之一。齒輪傳動裝置的結構特性將直接影響到機械系統的傳動效率。

針對齒輪傳動裝置的設計，現有的優化設計方法存在以下問題：

1、現有針對齒輪傳動裝置的優化設計方法，部分方法是基于數值模擬技術對齒輪傳動裝置進行優化設計，如公開號為CN106528991A的專利“基于Taylor隨機有限元對齒輪箱進行優化設計的方法”，但耗時的數值模型與高昂的計算成本往往會導致優化求解失效、約束違反等問題，從而造成極為低下的優化效率。

2、現有針對齒輪傳動裝置的優化設計方法，大部分是對齒輪傳動裝置的單目標優化問題進行優化設計，如公開號為CN107133405A的專利“考慮齒根彎曲強度的螺旋錐齒輪齒面加載性能優化方法”和公開號為CN104573389A的專利“一種風電齒輪箱齒輪傳動系統參數優化方法”。然而，在齒輪傳動裝置設計過程中的很多問題通常由相互沖突的多個目標組成，這些設計目標的改善可能相互抵觸。因此，齒輪傳動裝置的單目標優化方法并不能完全滿足設計的需要。

3、對于齒輪傳動裝置這類復雜的工程多目標優化問題而言，往往涉及非常耗時的數值分析模型。因此，為了克服優化效率低下的缺點，少部分現有技術使用了近似模型技術，現有基于代理模型的齒輪傳動裝置優化設計方法，如公開號為CN107180141A的專利“基于徑向基代理模型的齒輪減速器箱體可靠性優化方法”，只是簡單的采用代理模型來構建齒輪傳動裝置近似優化問題，并沒有針對影響代理模型精度的形參數進行研究。因此，齒輪傳動裝置代理模型的精度有待進一步提高。

4、現有的部分基于代理模型的齒輪傳動裝置優化設計方法，只是對代理模型進行了一次構建，而針對齒輪傳動裝置這類復雜的工程多目標優化問題而言，一次代理模型的建立是無法保證優化設計解的精度的。

綜上所述，如何保證齒輪傳動裝置代理模型的精度并有效降低此類高維問題的樣本數量來提高計算效率，是目前齒輪傳動裝置優化設計問題的關鍵。而且，目前針對齒輪傳動裝置的多目標優化設計方法中，還未有既考慮了影響代理模型精度的形參數，又考慮了代理模型多次重構的專利。因此，發展基于自適應代理模型的齒輪傳動裝置多目標優化設計方法不但能改善齒輪傳動裝置的結構性能，而且在機械系統的傳動效率方面具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有齒輪傳動裝置多目標優化設計方法存在的上述問題，提出一種基于自適應代理模型的齒輪傳動裝置多目標優化設計方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于自適應代理模型的齒輪傳動裝置多目標優化設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：建立齒輪傳動裝置數值仿真模型，并針對齒輪傳動裝置的結構特性，確定設計變量、約束函數和目標函數，從而建立針對齒輪傳動裝置的優化設計問題，具體表達式為公式(1)：

s.t.g_k(X)≤b_k,k＝1,2,...,m