[發(fā)明專利]一種基于序列協(xié)同優(yōu)化的風(fēng)電齒輪箱多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110396501.6
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號(hào): CN113011044A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂志愿;孟德彪;胡正國;解天文;李龑;王子豪;武鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué);電子科技大學(xué)廣東電子信息工程研究院
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 北京化育知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11833
• 代理人: 尹均利

1.一種基于序列協(xié)同優(yōu)化的風(fēng)電齒輪箱多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、針對(duì)復(fù)雜風(fēng)電齒輪箱工程結(jié)構(gòu)構(gòu)建考慮不確定性的多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化模型；

S2、為解決不同學(xué)科之間的耦合關(guān)系，每個(gè)學(xué)科的設(shè)計(jì)，分析和優(yōu)化不能獨(dú)立進(jìn)行，引入?yún)f(xié)同優(yōu)化；

S3、對(duì)風(fēng)電齒輪箱進(jìn)行不確定分析并引入序列優(yōu)化，使用基于子集仿真的可靠性分析方法進(jìn)行可靠性分析；

S4、構(gòu)建基于協(xié)同優(yōu)化與序列優(yōu)化的多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化模型并將其工程應(yīng)用于風(fēng)電齒輪箱，構(gòu)建基于序列協(xié)同優(yōu)化的風(fēng)電齒輪箱多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電齒輪箱進(jìn)行多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于序列協(xié)同優(yōu)化的風(fēng)電齒輪箱多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S1針對(duì)復(fù)雜風(fēng)電齒輪箱工程結(jié)構(gòu)構(gòu)建多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化模型，具體為：考慮各種不確定性因素，并將各種不確定因素視為隨機(jī)變量，建立伴隨隨機(jī)變量的多學(xué)科可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，表示為：

s.t.g_i(d_s,d_i,Y_·i)≤0,

h_i(d_s,d_i,Y_·i)＝0,

DV＝{d_s,d},i＝1,2,...

其中，其中DV是輸入設(shè)計(jì)變量的集合；f(·)是目標(biāo)函數(shù)。d_s是共享輸入變量的向量。d是學(xué)科輸入變量的向量；Y是耦合變量的矢量，下標(biāo)·i表示輸入學(xué)科i的耦合變量；g(·)表示不等式約束，而h(·)表示等式約束；n是多學(xué)科系統(tǒng)中的學(xué)科數(shù)。

3.如權(quán)利要求2所述的一種基于序列協(xié)同優(yōu)化的風(fēng)電齒輪箱多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S2為解決不同學(xué)科之間的耦合關(guān)系，每個(gè)學(xué)科的設(shè)計(jì)，分析和優(yōu)化不能獨(dú)立進(jìn)行，引入?yún)f(xié)同優(yōu)化，具體為：協(xié)同優(yōu)化是一種兩級(jí)多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化策略，它將原始問題分解為兩級(jí)優(yōu)化問題，即系統(tǒng)級(jí)和子系統(tǒng)級(jí)。協(xié)同優(yōu)化中的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型表示為：

其中上標(biāo)^表示設(shè)計(jì)變量的目標(biāo)值。

協(xié)同優(yōu)化中的子系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型表示為：

s.t.g_i(d_s,d_i,Y_·i)≤0,

h_i(d_s,d_i,Y_·i)＝0,

DV＝{d_s,d_i,Y_·i},i＝1,2,...

4.如權(quán)利要求3所述的一種基于序列協(xié)同優(yōu)化的風(fēng)電齒輪箱多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S3對(duì)風(fēng)電齒輪箱進(jìn)行不確定分析并引入序列優(yōu)化，使用基于子集仿真的可靠性分析方法進(jìn)行可靠性分析，具體包括以下分步驟：

S31、綜合運(yùn)用概率論、可能性理論、證據(jù)理論對(duì)風(fēng)電齒輪箱工程結(jié)構(gòu)風(fēng)電齒輪箱進(jìn)行不確定性因素分析。

S32、引入序列優(yōu)化策略。

S33、在序列優(yōu)化策略下采用基于子集仿真的可靠性分析方法進(jìn)行可靠性分析。子集模擬方法將原始的故障概率計(jì)算問題轉(zhuǎn)換為一系列具有較高發(fā)生概率的條件故障概率計(jì)算問題，如下所示：

其中F表示原始故障事件；P表示失敗的概率；m表示與原始故障事件相關(guān)的一系列故障事件；

5.如權(quán)利要求4所述的一種基于序列協(xié)同優(yōu)化的風(fēng)電齒輪箱多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S4構(gòu)建基于協(xié)同優(yōu)化與序列優(yōu)化的多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化模型并將其工程應(yīng)用于風(fēng)電齒輪箱，構(gòu)建基于序列協(xié)同優(yōu)化的風(fēng)電齒輪箱多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電齒輪箱進(jìn)行多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化，具體包括以下分步驟：

S41、結(jié)合步驟S1、S2、S3構(gòu)建基于協(xié)同優(yōu)化與序列優(yōu)化的多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化模型；

S42、將S41中多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化模型工程應(yīng)用于風(fēng)電齒輪箱，構(gòu)建基于序列協(xié)同優(yōu)化的風(fēng)電齒輪箱多學(xué)科可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化模型；

S43、用確定性約束解決步驟S3中的系統(tǒng)和子學(xué)科優(yōu)化問題。

S44、基于馬爾可夫鏈進(jìn)行子集仿真，從步驟S43中獲得設(shè)計(jì)方案的可靠性。

S44、獲得最可能的點(diǎn)(MPP)。

S45、為下一個(gè)周期的系統(tǒng)和子學(xué)科優(yōu)化構(gòu)建確定性設(shè)計(jì)模型。

系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化模型為:

子系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化模型為:

其中：

S46、一旦目標(biāo)值穩(wěn)定并且滿足所有不確定性約束，就可以得到設(shè)計(jì)解決方案。否則，轉(zhuǎn)到步驟S43。