[发明专利]基于代理模型的机电伺服系统多学科联仿与设计优化方法

摘要

本发明公开了一种基于代理模型的机电伺服系统多学科联仿与设计优化方法，包括如下步骤：(1)根据机电伺服系统动态特性指标要求，依据需求与预期将指标归入联合仿真与设计优化的目标函数和约束条件；(2)建立负载对象模型、电机模型、传动机构模型和控制驱动器模型，形成机电伺服系统的高精度的动态特性仿真模型；(3)从上述模型中选择依然不确定或感兴趣的参数为动态特性性能优化的设计变量，给定设计空间，构建机电伺服系统动态特性的代理模型；(4)对代理模型展开设计空间搜索，直至获得满足动态性能指标要求的最优解。本发明解决了系统层级机电伺服系统动态特性仿真模型无法准确表征关键参数非线性的问题。

主权项

1.一种基于代理模型的机电伺服系统多学科联仿与设计优化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)选取机电伺服系统联合仿真的目标函数、确定动态特性的约束条件，将目标函数和动态特性的约束条件分别转化为数学模型；(2)建立机电伺服系统的负载对象模型；(3)根据步骤(2)的负载对象模型中的负载力Tl得到电机允许通过的最大电流Imax，利用拉丁超方设计方法构造Nm个电流的样本点；(4)获取电机的非线性参数在步骤(3)得到的电流样本点对应的仿真结果，构建电机径向基代理模型；(5)建立机电伺服系统的电机模型；(6)根据步骤(2)中的负载力Tl和步骤(5)中的电机电磁转矩Te得到传动机构能承受的最大加载力Ft_max，利用拉丁超方设计方法构造Nt个加载力的样本点；(7)获取传动机构的非线性参数在步骤(6)得到的加载力样本点对应的仿真结果，构建传动机构径向基代理模型；(8)建立机电伺服系统的传动机构模型；(9)建立控制驱动器模型；(10)从步骤(2)的负载对象模型、步骤(5)的电机模型、步骤(8)的传动机构模型和步骤(9)的控制驱动器模型中选出对步骤(1)的目标函数造成影响的参数为机电伺服系统联合仿真与设计优化的设计变量，定义其设计空间，利用拉丁超方设计方法构造N＝60n个样本点；(11)利用步骤(2)的负载对象模型、步骤(5)的电机模型、步骤(8)的传动机构模型和步骤(9)的控制驱动器模型联合建立的高精度机电伺服系统模型，求解步骤(10)或步骤(13)产生的样本点集的仿真结果，形成机电伺服系统动态特性的径向基代理模型；(12)利用遗传算法对步骤(11)的系统动态特性的径向基代理模型展开设计空间搜索，获取当前最优解，判断是否满足收敛条件，若满足则输出当前最优解，若不满足则执行步骤(13)；(13)在步骤(10)的设计空间内，在避免重复采样的前提下，利用拉丁超方设计方法新增N＝10n个样本点，返回步骤(11)。