[发明专利]一种基于自适应代理模型的齿轮传动装置多目标优化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于自适应代理模型的齿轮传动装置多目标优化设计方法，该方法通过拉丁超立方实验设计方法对样本点进行采样，同时利用径向基函数求解样本点对应的最优形参数，并将所求的最优形参数与样本点结合来构建齿轮传动装置的代理模型；为了提升计算效率，将局部加密近似模型方法引入迭代求解过程，同时对代理模型进行多次重构来保证代理模型和计算结果的精度，并通过多目标性优化方法求解满足齿轮传动装置结构特性的非支配解集；本发明不但能有效提升齿轮传动装置的结构特性，而且可从本质上提高优化的计算效率和求解质量，在齿轮传动装置设计领域具有广泛的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及齿轮传动装置结构设计领域，具体涉及一种基于自适应代理模型的齿轮传动装置多目标优化设计方法。

背景技术

轮传动装置是机械传动系统中最常见的传动形式之一。齿轮传动装置的结构特性将直接影响到机械系统的传动效率。

针对齿轮传动装置的设计，现有的优化设计方法存在以下问题：

1、现有针对齿轮传动装置的优化设计方法，部分方法是基于数值模拟技术对齿轮传动装置进行优化设计，如公开号为CN106528991A的专利“基于Taylor随机有限元对齿轮箱进行优化设计的方法”，但耗时的数值模型与高昂的计算成本往往会导致优化求解失效、约束违反等问题，从而造成极为低下的优化效率。

2、现有针对齿轮传动装置的优化设计方法，大部分是对齿轮传动装置的单目标优化问题进行优化设计，如公开号为CN107133405A的专利“考虑齿根弯曲强度的螺旋锥齿轮齿面加载性能优化方法”和公开号为CN104573389A的专利“一种风电齿轮箱齿轮传动系统参数优化方法”。然而，在齿轮传动装置设计过程中的很多问题通常由相互冲突的多个目标组成，这些设计目标的改善可能相互抵触。因此，齿轮传动装置的单目标优化方法并不能完全满足设计的需要。

3、对于齿轮传动装置这类复杂的工程多目标优化问题而言，往往涉及非常耗时的数值分析模型。因此，为了克服优化效率低下的缺点，少部分现有技术使用了近似模型技术，现有基于代理模型的齿轮传动装置优化设计方法，如公开号为CN107180141A的专利“基于径向基代理模型的齿轮减速器箱体可靠性优化方法”，只是简单的采用代理模型来构建齿轮传动装置近似优化问题，并没有针对影响代理模型精度的形参数进行研究。因此，齿轮传动装置代理模型的精度有待进一步提高。

4、现有的部分基于代理模型的齿轮传动装置优化设计方法，只是对代理模型进行了一次构建，而针对齿轮传动装置这类复杂的工程多目标优化问题而言，一次代理模型的建立是无法保证优化设计解的精度的。

综上所述，如何保证齿轮传动装置代理模型的精度并有效降低此类高维问题的样本数量来提高计算效率，是目前齿轮传动装置优化设计问题的关键。而且，目前针对齿轮传动装置的多目标优化设计方法中，还未有既考虑了影响代理模型精度的形参数，又考虑了代理模型多次重构的专利。因此，发展基于自适应代理模型的齿轮传动装置多目标优化设计方法不但能改善齿轮传动装置的结构性能，而且在机械系统的传动效率方面具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有齿轮传动装置多目标优化设计方法存在的上述问题，提出一种基于自适应代理模型的齿轮传动装置多目标优化设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于自适应代理模型的齿轮传动装置多目标优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：建立齿轮传动装置数值仿真模型，并针对齿轮传动装置的结构特性，确定设计变量、约束函数和目标函数，从而建立针对齿轮传动装置的优化设计问题，具体表达式为公式(1)：

s.t.g_k(X)≤b_k,k＝1,2,...,m