[发明专利]一种机械结构异类多目标性能的稳健性度量与均衡优化设计方法

说明书

本发明公开了一种机械结构异类多目标性能的稳健性度量与均衡优化设计方法。该方法包括以下步骤：考虑区间不确定因素，建立包含成本型、固定型、收益型和偏离型异类目标性能的机械结构性能稳健优化设计模型，在双层嵌套遗传算法内层，计算各结构性能指标的左右界。在遗传算法外层，对设计向量进行可行性判别；基于区间约束性能的稳健均衡性系数和区间异类目标性能的稳健均衡系数，对可行解进行稳健性均衡分类，基于异类目标性能稳健性整体距离，对设计向量排序，从而实现机械结构异类多目标性能的稳健均衡优化。该方法实现了异类多目标性能稳健优化问题的统一建模，保证了约束性能的高稳健水平，优化结果客观，各异类结构性能整体稳健均衡。

技术领域

本发明属于机械结构优化设计领域，涉及一种机械结构异类多目标性能的稳健性度量与均衡优化设计方法。

背景技术

随着复杂装备性能要求的不断提高，设计者在对关键部件结构进行优化设计时需考虑越来越多的性能指标。由于不确定性因素的影响和稳健设计需求，优化过程中需同时考虑结构性能指标的均值和波动，更增加了待优化目标和约束的个数，而这些目标和约束间往往相互冲突、相互制约。然而国内外学者在利用区间数表示不确定性因素的机械结构多性能稳健优化设计研究中，通常仅考虑单目标多约束性能的稳健性，未考虑多个目标性能均衡的稳健性优化问题，无法保证机械结构性能的整体稳健性。

现有大量研究表明，对于机械结构性能多目标优化设计，处理方式往往是通过取正则化因子和加权因子将多目标优化问题转化为单目标优化问题，正则化因子和加权因子的选取需要大量经验，其不同取值将会导致不同优化结果，具有极大的不确定性。同时，现有多目标优化研究主要为“最小化”、“最大化”或者两种结合的优化形式，而实际工程中通常存在四种异类目标性能，包括成本型、固定型、收益型和偏离型，现有研究缺乏对这四类目标性能的统一建模方法和对相应异类多目标模型的求解算法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种机械结构异类多目标性能的稳健性度量与均衡优化设计方法。考虑区间不确定性因素的影响，建立包含成本型、固定型、收益型和偏离型异类目标性能的机械结构区间稳健优化设计模型，并在双层嵌套遗传算法内层，基于近似预测模型，计算机械结构异类性能指标的左右界。在双层嵌套遗传算法外层，对设计向量进行可行性判别；基于区间约束性能的稳健均衡性系数和区间异类目标性能的稳健均衡系数，对可行解进行稳健性均衡分类，基于异类目标性能稳健性整体距离，对设计向量进行排序，从而实现了机械结构异类多目标性能的稳健均衡优化，进而获得机械结构异类性能稳健均衡最优解。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种机械结构异类多目标性能的稳健性度量与均衡优化设计方法，该方法包括以下步骤：

1)根据机械结构异类性能稳健优化设计要求，确定不确定向量和设计向量的取值范围，同时考虑成本型、固定型、收益型和偏离型目标性能的区间中值和长度为目标函数，并将具有最大值限定的机械结构性能指标描述为区间约束函数，建立机械结构异类多目标性能的稳健性优化设计模型：

s.t.

其中，