溢流閥調(diào)節(jié)彈簧遺傳優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、溢流閥調(diào)節(jié)彈簧遺傳優(yōu)化設(shè)計(jì)將拉氏變換，可得系統(tǒng)的頻率特性為：溢流閥是利用溢流作用來 調(diào)節(jié)油路壓力的。當(dāng)油路壓力升高到某一規(guī)定值，溢流閥便打開，將 壓力油溢去一部分，使壓力保持在規(guī)定值。插裝式溢流閥通常由先導(dǎo) 閥和插裝件組成，是大流量液壓系統(tǒng)的重要元件之一。 先導(dǎo)閥中調(diào)壓 彈簧的特性，直接關(guān)系到整個溢流閥乃至液壓系統(tǒng)的工作特性。但彈簧的設(shè)計(jì)涉及較多參數(shù)，是一種多約束的優(yōu)化問題。而按彈簧的常規(guī) 的設(shè)計(jì)方法，需要進(jìn)行反復(fù)多次運(yùn)算，才能取得一個滿足要求的設(shè)計(jì) 方案。且采用普通的優(yōu)化方法比較麻煩。針對這一情況，本文提出一 種基于遺傳算法的多參數(shù)、多約束的優(yōu)化方法。該遺傳優(yōu)化算法是在 搜索空間中的搜索，并

2、不是以單個搜索點(diǎn)順序進(jìn)行的，而是使用若干 個搜索點(diǎn)(生物個體)并行進(jìn)行搜索的。一個搜索點(diǎn)作為一個帶有遺傳情報(bào)的假想生物個體，即簡單作為 一個生物個體來對待。若干個生物個體即構(gòu)成了生物集團(tuán)。首先，相 對于各生物個體，計(jì)算出其生物個體對所處環(huán)境的適應(yīng)度。把X作為個體，把f (X)作為X所處環(huán)境的適應(yīng)度來處理。然后，淘汰適 應(yīng)度低的個體，增殖適應(yīng)度高的個體。如此進(jìn)行世代交替仿真，實(shí)現(xiàn) 進(jìn)化(最優(yōu)化)計(jì)算。算法中相對于實(shí)際的增值，GA以基因型的交叉以及突然變異操作來進(jìn)行。最后求出非常高的個體，即max(/(X) 的，值。從而采用GA解決多約束的先導(dǎo)閥中調(diào)壓彈簧的優(yōu)化問題。1建立數(shù)學(xué)模型調(diào)壓彈簧承受變載

3、荷作用，故除選擇其材料、規(guī)定熱處理?xiàng)l件外，主要確定三個結(jié)構(gòu)參數(shù)，即彈簧鋼絲直徑d彈簧中 徑D2和有效圈數(shù)。因此，取設(shè)計(jì)變量為：溢流閥的先導(dǎo)部分，可 等效為一個質(zhì)量彈簧阻尼”強(qiáng)迫振動系統(tǒng)，其運(yùn)動微分方程為：WF 液壓激振頻率（rafl/s）；叫一系統(tǒng)固有頻率（ra<d/s）。z 一阻尼比，z二顯然，提高W或降低W都會減小共振的影響。 但因W由液壓源結(jié)構(gòu)型式?jīng)Q定，故 W愈大愈好。對特定的溢流閥， M1是確定的，而彈簧的固有頻率為：由 B阻尼系數(shù)（N為保證先 導(dǎo)閥有足夠的開啟壓力及可靠工作，應(yīng)/m） K調(diào)節(jié)彈簧剛度（N/m）； P-作用力（N）；使導(dǎo)閥開啟時(shí)，彈簧力的改變量 pl小于等于其推

4、薦y 導(dǎo)閥芯位。夕（m）。ICad削jc彈簧中徑約束2遺傳算法的 實(shí)現(xiàn)技術(shù)（1）二值化將連續(xù)最優(yōu)化問題的設(shè)計(jì)變量彈簧鋼絲直徑d、彈簧中徑D2和有效圈數(shù)n用二進(jìn)制數(shù)表示成離散變溢流閥調(diào)壓彈簧 約束條件為不等式約束。對其采用以下解決辦法：理方法是把它放在 編碼中考慮。 其它約束作為遺傳操作可行域的約束條件，使個體不能超出可 行域的范圍。為了把最優(yōu)化問題變換適用于 GA的離散化最優(yōu)組合問題，最終 需要變換成關(guān)于適應(yīng)度函數(shù)的最優(yōu)化問題。 優(yōu)化問題可表為：上述問 題應(yīng)用GA進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要將目標(biāo)函數(shù)和約束條件轉(zhuǎn)換為無約束 最大化函數(shù)即適應(yīng)度函數(shù)，為此，本文采用外點(diǎn)懲函數(shù)法，并取懲罰 函數(shù)為：（、一（X

5、, r （k）,并考慮適應(yīng)度函數(shù)值必須非負(fù)和目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化方向?qū)?yīng)適應(yīng)度函數(shù)值增大的方向，可以建立如下根據(jù)適者生存原則，運(yùn)用選擇、交叉和變異等三個遺傳算子產(chǎn)生后代， 組成適應(yīng)度函數(shù)值更高的新一代群體。選擇。采用輪盤法與保留最優(yōu)個體法，將前面所產(chǎn)生的一個最 優(yōu)的個體保留到當(dāng)代。種群中個體的 p為個體i的選擇概率。交叉。交叉概率P.= 1.00每個變量都進(jìn)行交叉。并且只有在可行 域內(nèi)的交叉方有效。 變異。變異概率Pm=1%,并且只有在可行域內(nèi)的變異才有效。 探索求解。GA法是在離散化設(shè)計(jì)空間探索。因此，它具有即使探索到解的附近，也很難得到比較精確的最優(yōu)解之缺點(diǎn)。 這里使用 在經(jīng)過若干代探索求解的最

6、小解仍沒有變化的情況下，以最小解中心縮小探索空間再進(jìn)行探索的方法，以提高探索精度。當(dāng)連續(xù)五代種群 的平均適應(yīng)度不超過某一閾值時(shí)，探索結(jié)束，以此獲得全局最優(yōu)解。3設(shè)計(jì)示例某小型壓機(jī)用插裝式溢流閥，彈簧作用力P= 8. 8mm,Pf48.3N.對其進(jìn)行遺傳優(yōu)化設(shè)計(jì)。用MATIAB5.2編程求解，進(jìn)行5次遺傳優(yōu)化計(jì)溢流閥調(diào)節(jié)彈簧 遺傳優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果表計(jì)算序號鋼絲直徑彈簧中徑有效圈數(shù)n目標(biāo)函數(shù)/（ X）迭代收斂次數(shù)由表中結(jié)果表明，5次優(yōu)化結(jié)果相近。由遺傳 算法求得溢流閥調(diào)節(jié)彈簧全局最優(yōu)解為：d為2806mm, D2為8.8mm， n為3.498, f（X）為2.7234X即（x3672iad/s應(yīng)用遺傳

7、算法求解。從 優(yōu)化過程看，遺傳算法經(jīng)最初幾代進(jìn)化，即可得到最優(yōu)解，算法的收 斂速度快、效率好。此外，若采用常規(guī)優(yōu)化方法、設(shè)計(jì)變量均作連續(xù) 處理，優(yōu)化結(jié)束后，還需要對設(shè)計(jì)變量進(jìn)行圓整和調(diào)整，采用遺傳算 法進(jìn)行離散變量優(yōu)化，可以直接得到所需要的結(jié)果。遺傳算法適應(yīng)于 解決非線性約束優(yōu)化問題，它是解決調(diào)節(jié)彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的有效算 法。4結(jié)論（1）應(yīng)用遺傳算法解決調(diào)壓彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)問題簡單有效， 無論在求解速度和解的質(zhì)量方面都可以得到滿意的結(jié)果。（2）將本文的優(yōu)化方法應(yīng)用于溢流閥調(diào)節(jié)彈簧設(shè) A.總體方案評 價(jià)。傳統(tǒng)的DFMA工具可以對產(chǎn)品制造的時(shí)間、質(zhì)量和成本進(jìn)行評 價(jià)，而沒有考慮到知識經(jīng)濟(jì)要求與環(huán)境影響

8、。 因此系統(tǒng)建立總體方案 評價(jià)體系，評價(jià)指標(biāo)包括知識經(jīng)濟(jì)、環(huán)境影響、時(shí)間、質(zhì)量與成本。 用戶可以根據(jù)它對總體方案進(jìn)行全面的評價(jià)， 可作為解決設(shè)計(jì)沖突的 依據(jù)，并有利于各合作成員在完成概念設(shè)計(jì)后對產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案達(dá)成共 識。B.協(xié)作論壇。發(fā)布協(xié)作成員的問題及建議，討C.最新進(jìn)展。發(fā)布 成員提交的最新設(shè)計(jì)成果，提供異地異步共享。D. 電子郵件。電子郵件是典型的異步協(xié)同工具。系統(tǒng)集成了電子郵件功能，使得系統(tǒng)可以自動地將特定的通知發(fā) 送到特定的人手中。比如用戶 A希望每次自己設(shè)計(jì)的零件修改后都 用電子郵件通知用戶B，系統(tǒng)可以自動完成這個工作。E. 批注功能。使用OLE技術(shù)開發(fā)了一個審閱應(yīng)用軟件。通過連 接

9、/嵌入的方法將圖形文件作為顯示背景顯示在審閱系統(tǒng)中，然后通 過系統(tǒng)提供的圈閱工具進(jìn)行批注，系統(tǒng)自動將評語內(nèi)容與圖形文件名保存到同一對象中，使評語與對應(yīng)的零部件聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)批注功能。A. 網(wǎng)絡(luò)會議。為方便異地用戶之間的討論，提供召開網(wǎng)絡(luò)會議的 功能，包括電子白板功能；本系統(tǒng)采用虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò) 會議功能。B. 約束管理。沖突是并行設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常發(fā)生的一種現(xiàn)象。目前常見的沖突檢測及消除的方法是約束網(wǎng)絡(luò)及約束傳播技術(shù)。 不同種類 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)往往需要事先建立不同的、 結(jié)構(gòu)龐大的約束網(wǎng)絡(luò)而虛擬企 業(yè)的設(shè)計(jì)任務(wù)是多變的。為了解決這個矛盾，本系統(tǒng)開發(fā)了一個智能 約束管理系統(tǒng)，系統(tǒng)能對新問題輔助生成約束網(wǎng)絡(luò)。此系統(tǒng)另文詳述。保證設(shè)計(jì)成果的安全和協(xié)作成員的知識產(chǎn)權(quán)是系統(tǒng)應(yīng)用的前提。 系統(tǒng)的安全由多項(xiàng)措施保證。 系統(tǒng)權(quán)限賦予。適用于整個系統(tǒng)的權(quán)限叫系統(tǒng)權(quán)限。系統(tǒng)權(quán)限 有文件瀏覽、任務(wù)瀏覽、項(xiàng)目管理、人員管理、數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)通訊 與系統(tǒng)監(jiān)控等。系統(tǒng)角色由系統(tǒng)管理員指派，包括系統(tǒng)管理員、盟主 企業(yè)、合作伙伴與普通用戶或特殊設(shè)定的角色。 不同的系統(tǒng)角色擁有 不同的系統(tǒng)權(quán)限，