[发明专利]一种液力变矩器导轮的优化设计方法

权利要求书

1.一种液力变矩器导轮的优化设计方法，其具体步骤如下：

A)设计导轮循环圆，然后结合湍流方程、连续性方程和动量守恒定律建立液力变矩器的流道模型,并对流道模型划分网格得到网格模型，选取优化修形参数；

B)采用混沌算法优化导轮修形参数，优化步骤包括惩罚项的定义、优化目标函数的确定和混沌变量的构建；

C)基于CFD仿真并进行分析，得到液力变矩器优化模型。

2.根据权利要求1所述的液力变矩器导轮的优化设计方法，步骤A)中选取导轮叶片进口角为优化修形参数。

3.根据权利要求1所述的液力变矩器导轮的优化设计方法，所述步骤B)中的惩罚项是为了实现对优化修形参数的约束，其定义公式如下：

式中：j＝1,2…,4；k为导轮叶片进口角修形次数，函数u为导轮叶片进口角，△u为导轮叶片进口角修形量，u_min和u_max分别为导轮叶片进口角的最小约束值和最大约束值。

4.根据权利要求3所述的液力变矩器导轮的优化设计方法，步骤B)中的优化目标函数的公式如下：

式中：I_d(k)为目标导轮叶片进口角组成的矩阵，I_p(k)为导轮叶片进口角预测值组成的矩阵，Δu(k)为导轮叶片进口角修形量组成的矩阵，Q、R分别为误差权系数矩阵和控制权系数矩阵；σ₁和σ2为惩罚因子，取正值，h₁(Δu)和h2(Δu)为惩罚项，min(0,h₁(Δu))为取小值函数，用于选取0和h₁(Δu)中较小的数值；max(0,h₂(Δu))为取大值函数，用于取0和h₂(Δu)中较大的值。

5.根据权利要求4所述的液力变矩器导轮的优化设计方法，步骤B)中的混沌变量采用Logistic映射构建，其公式如下：

w_n+1＝μw_n(1-w_n),式中：w_n∈(0,1)，μ是控制参数，n为混沌变量在(0,1)范围内遍历次数。

6.根据权利要求5所述的液力变矩器导轮的优化设计方法，步骤C)的具体操作步骤如下：

a)在(0,1)区间上随机取4个具有微小差异的初值，分别代入混沌变量的计算公式中，则可得到4个混沌变量w_1n、w_2n、w_3n、w_4n；

b)通过以下公式将混沌变量w_jn(j＝1,2,3,4)的变化范围分别调整到待优化修形参数的取值范围：

Δu_n(k+j-1)＝Δu_min+x_jn(Δu_max-Δu_min)；

式中：Δu_min为导轮叶片进口角修形量最小约束值，Δu_max为导轮叶片进口角修形量最大约束值，函数u_n为混沌变量遍历n次时的导轮叶片进口角预测值，x_jn为混沌变量遍历n次时的极值差权系数,Δu_n是为遍历n次时的导轮叶片进口角修形量预测值为遍历n次时的导轮叶片进口角预测值，u_n是为遍历n次时的导轮叶片进口角预测值；

c)通过目标函数公式计算每组Δu_n(k+j-1)对应的性能指标J,如果J≤J^*，则令J^*＝J，同时令Δu^*(k+j-1)＝Δu(k+j-1)；否则保持不变；其中，J^*为当前最优解的目标函数值，Δu^*(k+j-1)为当前导轮叶片进口角最佳修形量；

d)如果经过步骤c)得到的若步干搜索,J^*都保持不变，则按下面公式：Δu(k+j-1)＝Δu^*(k+j-1)+η_jx_j进行第2次载波；否则返回步骤c)；式中：η_j为调节参数，x_j为第j个混沌变量的极值差权系数；

e)通过目标函数公式计算Δu_n(k+j-1)所对应的性能指标J，如果J≤J^*，则令J^*＝J，同时令Δu^*(k+j-1)＝Δu(k+j-1)；否则保持不变；

f)如果经过步骤e)的若干步搜索,J^*都保持不变则终止搜索，此时保留的Δu^*(k+j-1)即为要搜索的最优导轮叶片进口角，取其第一个元素和上一个时刻的导轮叶片进口角修形量u(k-1)构成实际导轮叶片进口角；否则返回上述步骤e)。