[发明专利]一种基于区间约束三维违反矢量的结构性能稳健优化方法

摘要

本发明公开了一种基于区间约束三维违反矢量的机械结构性能多约束稳健优化设计方法。该方法包括以下步骤：利用区间数表示不确定性因素，建立机械结构性能多约束稳健优化设计模型，并在双层嵌套遗传算法内层，基于近似预测模型，计算机械结构性能指标的左右界。在双层嵌套遗传算法外层，基于区间约束三维违反矢量，对设计向量进行可行性判别；基于归一化整体距离，对设计向量进行排序，从而实现了机械结构性能多约束稳健优化设计模型的求解，进而获得机械结构性能稳健最优解。该方法可以保证约束性能的高稳健水平，并且不需要引入加权因子和正则化因子等人为参数，使得优化结果更客观。

主权项

1.一种基于区间约束三维违反矢量的机械结构性能稳健优化设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)根据机械结构性能多约束稳健优化设计要求，确定不确定向量和设计向量的取值范围，以具有望小特性的机械结构性能指标的区间中值和长度为目标函数，将具有最大值限定的机械结构多性能指标描述为区间约束函数，建立机械结构性能多约束稳健性优化设计模型；2)在由设计向量和不确定向量确定的设计空间内进行采样，获取各样本点所对应设计向量的机械结构性能指标，构建结构性能指标的近似预测模型；3)利用双层嵌套遗传算法获得步骤1)建立的机械结构性能多约束稳健性优化设计模型的最优解，即为适应度最大的设计向量；具体包括以下子步骤：3.1)双层嵌套遗传算法初始化设置，生成初始种群；3.2)在遗传算法内层，根据构建的近似预测模型计算得到当前种群个体的目标和约束性能左右边界值，并计算整体区间约束三维违反矢量v(x)，v(x)是设计向量每个约束所对应的区间约束三维违反矢量vi(x)的和，vi(x)表示为：vi(x)＝(v1i(x),v2i(x),v3i(x))其中v_1i(x),v_2i(x),v_3i(x)为v_i(x)的三个分量，和分别是第i个约束性能指标的区间左右界，和分别是给定的区间左右界；3.3)在遗传算法外层，将设计向量区分为可行解和不可行解，|v(x)|＝0的设计向量为可行解，|v(x)|>0的设计向量为不可行解，并计算可行解的归一化整体距离D(x)：其中f^C(x)和f^W(x)分别是当代种群中可行解的结构目标性能指标的区间中值和长度；和分别为当代种群中所有可行解目标性能区间中值的最小值和最大值；和分别为当代种群中所有可行解目标性能区间长度的最小值和最大值；3.4)对可行解利用D(x)排序，对不可行解利用|v(x)|排序，可行解优于不可行解，得到当代种群所有个体的优劣排序；3.5)每次迭代完成后，判断是否达到最大迭代次数或者收敛条件：如达到，输出最优解；否则，对当前迭代次数加1处理，并进行交叉和变异操作从而生成外层遗传算法新种群的新个体，返回步骤3.2)。