[发明专利]一种基于数字孪生和强化学习的离心式叶轮综合优化方法

权利要求书

1.一种基于数字孪生和强化学习的离心式叶轮综合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立离心式叶轮CI的数字几何模型，对所述离心式叶轮CI进行可展直纹化，生成所述离心式叶轮CI的初始叶型曲面的直纹曲面；

步骤二：加工性能评估，生成所述直纹曲面在侧铣加工中的刀位面以及模拟侧铣加工轨迹，分析所述离心式叶轮CI可展直纹化前后加工性能的误差；

步骤三：气动性能评估，对比分析所述离心式叶轮CI可展直纹化前后的气动性能的差异；

步骤四：以所述加工性能和气动性能作为评价指标，结合强化学习制定优化方法，对所述离心式叶轮CI的数字几何模型的直纹曲面进行优化。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生和强化学习的离心式叶轮综合优化方法，其特征在于，所述步骤一是采用NURBS曲线曲面构造方法离散离心式叶轮CI的初始叶型曲面引导线的方法进行可展直纹化，具体包括以下步骤：

步骤1：提取出所述初始叶型曲面的两条引导线并对其进行参数化，通过NURBS曲线曲面构造方法构造出叶型曲面U，V方向的等参数线，若U，V两个方向的参数线均不是直线，则需要进行可展直纹化；

步骤2：对两条所述引导线进行等参数、等次数、同方向离散，生成一系列等参数点，建立两条所述引导线上参数点的映射关系，通过建立基于多目标优化的非刚性配准模型，采用退火算法求解该模型得到点对的匹配关系；

步骤3：连接匹配的所述点对，生成直纹母线矢量族，再结合两条所述引导线即可生成原始叶型曲面的可展直纹曲面r(u,v)，其中u、v为可展直纹曲面径向和切向参数。

3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生和强化学习的离心式叶轮综合优化方法，其特征在于，所述步骤二中进一步采用所述NURBS曲线曲面构造方法对刀位数据{p(u_i),b(u_i)}进行插值，其中u_i为强化学习i次迭代过程中u的参数值，所述刀位数据由加工仿真软件基于所述可展直纹曲面r(u,v)的数据得到；插值后生成B样条曲面形式的刀位面，实现可展直纹曲面的初始刀位面拟合和模拟加工轨迹矢量，具体步骤如下：

步骤1：计算沿刀轴矢量b(u_i)方向且距刀位点p(u_i)距离为l_A的刀具顶端点p_u(u_i)：

p_u(u_i)＝p(u_i)+l_Ab(u_i) (1)

步骤2：根据式(1)，得到所有刀位点处刀具顶端点p_u(u_i)后，利用NURBS插值方法分别对刀位点{p(u_i)}和刀具顶端点{p_u(u_i)}进行曲线插值，得到刀位点和刀具顶端点的NURBS的B样条曲线表示为：

其中，d_j为NURBS的控制顶点，为i次迭代中第j个刀具顶端点参数值，j，k为NURBS曲面u、v方向参数取值，且j＝1，……n，k＝1，……n，n为u、v方向选定的控制顶点的个数，N_j，k为NURBS曲面表达的基函数；

当进行上述刀位数据的曲线插值时，刀位点曲线g(u)和刀具顶端点曲线g_u(u)采用统一的节点矢量，且每一所述刀位点与其对应的所述刀具顶端点具有相同的参数值，以保证刀位点与刀具顶端点对应关系的正确性；因此，任意时刻的刀轴矢量，也是加工轨迹矢量，表示为：

步骤3：进一步结合所述可展直纹曲面r(u，v)，得到刀位面r_a(u，v)的表示方程为：

步骤4：将得到的所述刀位面偏置一个刀具半径R_c，得到刀具的包络面。