[發明專利]一種梯度增強協同代理模型的加點更新優化方法

有效

• 申請號: 202010085953.8
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN111310328B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 郝鵬;馮少軍;張坤鵬;李玉韋;王博
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;溫福雪

本發明屬于代理模型優化方法領域提供一種梯度增強協同代理模型的加點更新優化方法，針對雙精度優化問題的加點準則更新方法，將雙精度分析模型組合構建梯度增強代理模型，基于數據挖掘技術自適應選擇優化層級，實現雙精度模型間協同優化。本發明能夠在保持樣本信息量一定的情況下，改善代理模型擬合效果，顯著提升優化效率，極大地提高結構優化能力；面向復雜結構精細設計帶來的設計變量劇增、分析耗時長、多種分析方法計算精度不一致等問題，該類優化方法具有高擬合精度與強尋優能力，并且可協同處理雙精度分析模型，因而在優化設計領域得到廣泛關注。

技術領域

本發明屬于代理模型優化方法領域，涉及一種梯度增強協同代理模型的加點更新優化方法。

背景技術

最近幾十年來，工程結構設計思想的發展一直都是圍繞著縮短設計周期、減小設計成本和有效提高結構性能而展開。隨著多學科優化設計的提出和研究，工程結構的優化設計往往需要大量的仿真分析，加劇了設計的復雜程度。為了提高復雜結構的設計速度，減少設計過程中高耗時有限元仿真的適用，代理模型方法得到了廣泛的關注于應用。代理模型技術利用數學擬合替代精細模擬，能夠在一定保真度前提下實現響應值的快速計算。為提高優化設計速度，構建高精度、低成本的代理模型是一個有效技術手段，同時也是極有挑戰性的研究領域。

對于大量復雜且精細的工程結構而言，完成一次具有高保真度的工程有限元仿真分析的計算代價就會大大提高。在實際工程設計過程中，適當地使用低成本的近似分析結果作為輔助手段，能夠顯著簡化原設計問題、提高設計速度。梯度增強協同代理模型將復雜精細分析與簡單近似分析結合，并進一步考慮結構響應的梯度信息，提供了具有相對高精度、低成本、易構造的代理模型方法。

此外，代理模型加點更新準則是保證代理模型精度和全局尋優能力的關鍵環節。目前，大量的研究聚焦于代理模型加點準則研究，通過構造合適的加點準則函數，將原設計問題轉化為適合于對應代理模型的數學優化問題。隨著樣本點的增加，不斷更新代理模型，實現目標尋優與代理模型更新的同步進行。

迄今為止，大量學者研究了代理模型建模方法與更新方法，雖然得到了一系列改進模型與加點準則，但針對具有多精度模擬方法的工程設計問題還有巨大的挖掘空間。本發明考慮了結構分析的多精度分析需求，同時考慮了結構分析的梯度信息，構建具有雙精度的梯度增強協同代理建模與對應的協同加點更新方法，實現了不同仿真方法的連接，極大地提高了優化效率，明顯縮短了優化設計周期、減少了計算量需求。

發明內容

本發明主要解決了現有的技術中代理模型分析方法單一以及優化效率低下的問題，提出一種梯度增強協同代理模型的加點更新優化方法，達到了大幅度提高優化設計效率的目的。

為達到上述目的，本發明技術方案為：

一種梯度增強協同代理模型的加點更新優化方法，包括以下步驟：

步驟100：基于雙精度分析程度，構建具有橋連接形式的梯度增強協同代理模型，包括以下子步驟：

步驟101：將優化問題參數化建模，轉化為優化列式，如式(1.1)；

其中，x為設計變量，y(x)為目標響應函數，以最小化響應函數為優化目標，g(x)為約束函數。

步驟102：采用實驗設計方法抽取兩組樣本點，其中一組作為少量高精度樣本S_H，另一組為大量低精度樣本S_L；對低精度樣本集進行調整，使之與高精度樣本重合，具體地，逐一尋找與每個高精度樣本最近的低精度樣本，將該低精度樣本移動到對應的高精度樣本位置處，生成具有包含形式的雙精度樣本；

步驟103：對于步驟102所得兩組樣本，分別依據高、低精度分析模型，計算對應響應值及梯度信息，記錄如下；