[发明专利]一种动态特性机械系统的稳健性设计方法

权利要求书

1.一种动态特性机械系统的稳健性设计方法，其特征在于实现步骤如下：

第一步：根据机械系统的工作原理，按照公理设计方法，将设计的过程看作是从功能域到物理域映射形成的过程，充分利用系统各模块满足的物理化学和材料学等自然科学定律，结合数学计算工具，得到动态特性性能输出y(t)与信号因子x(t)，结构设计参数因子p(包括可控和固定水平)，噪声因子Δp(具有随机不确定性)的抽象泛函f表达式：

其中代表具体名义值。

第二步：建立机械系统动态特性性能输出波动的两个稳健性指标的度量：方差与偏差，固定信号因子x，则功能泛函f可以看成设计参数的多元函数，运用Taylor级数展开，忽略噪声因子水平高阶项，性能输出偏差的期望和方差计算如下：

动态特性性能输出稳健偏差R计算为：

其中f₀为理想泛函表达式。

第三步：一般可认为噪声因子Δp的期望为0，方差为ξ_iσ²，以动态特性性能输出的方差D(Δy)最小为目标函数，稳健性偏差最小为约束条件，建立稳健性优化设计模型：

利用高效优化求解算法计算得到理想的优化设计参数结果。

第四步：动态特性机械系统的稳健性影响因素分析：系统结构设计，系统参数设计和系统容差设计。系统结构设计的特征矢量为：

系统的参数设计就是找到稳健优化设计模型寻优的最终结果容差设计具体反映到稳健性指标就是变动方差ξ_iσ²，则系统的稳健灵敏度矩阵T为：

2.如权利要求1所述的一种动态特性机械系统的稳健性设计方法，其特征在于所述第三步中优化模型中目标函数是显含连续信号因子的泛函，属于动态规划问题，考虑到约束条件不含信号因子，所以该动态优化问题可以转化为极大极小优化问题，分两步进行优化:①利用泛函的极值条件，先求出目标函数关于信号因子的最大值：

②用优化算法如罚函数法、增广乘子法、广义梯度法，遗传算法、模拟退火法、粒子群算法等求解约束非线性单目标静态优化问题：

3.如权利要求1所述的一种动态特性机械系统的稳健性设计方法，其特征在于：按照最初经典静态分析性稳健设计思想和方法推广而来，所述的噪声因子统计特性来源于初始系统设计需求及工程经验数据，稳健灵敏性矩阵为偏导数型局部灵敏即影响因素不同时变化。