面向機構分析與設計的差分進化算法研究.pdf

1、現代機構學的理論研究是制造業(yè)的基礎，是現代機械產品發(fā)明創(chuàng)造的源泉，因此對現代機構學理論作深入研究具有重要的學術意義和工程應用價值。機構學理論主要包含機構分析與機構設計兩方面的內容，而分析與設計中的絕大多數問題都是非線性的，所以，機構學中非線性問題的建模與求解是現代機構學理論研究的基本和關鍵問題之一。
　　著眼于機構學中非線性問題的現代計算智能求解方法，以連桿機構運動學分析與設計、齒輪機構離散優(yōu)化設計等若干問題為對象，研究其數學模型

2、建立方法與差分進化算法求解策略。面向機構學問題提出4種改進差分進化算法，應用這些改進算法求解機構分析與設計中的連續(xù)和離散優(yōu)化問題。主要研究內容如下：
　　在對標準差分進化算法的算子及種群狀態(tài)作嚴格數學定義的基礎上，給出變異、交叉與選擇算子的一步轉移概率，應用Markov鏈理論分析算法的收斂性。證明了標準差分進化算法既不是全局收斂的，也不是局部收斂的。分析結論對指導算法改進及其工程應用研究具有重要意義。
　　為保持種群多樣性，

3、融合分類變異策略與混沌逃逸操作，設計一種求解無約束優(yōu)化問題的改進差分進化算法——自適應混沌差分進化算法(ACDE)。應用概率論證明ACDE為全局收斂算法。首先建立平面多桿機構和空間并聯機器人機構位置分析的無約束優(yōu)化模型，再應用ACDE求解這類問題。數值實例表明，ACDE能求出機構的高精度位置正解，且具有良好穩(wěn)定性。
　　將自適應雙種群差分進化算法和自適應罰函數方法有機結合，設計一種求解約束優(yōu)化問題的改進差分進化算法——雙種群約束差

4、分進化算法(BCDE)。建立了鉸鏈四桿機構近似運動學優(yōu)化設計的粗略、精細搜索模型，均為非線性約束優(yōu)化問題。首先應用BCDE進行粗略搜索，求出近似運動學優(yōu)化解，然后在其鄰域內應用BCDE進行精細搜索，使最大誤差最小化。數值實例表明，BCDE優(yōu)于對比算法且具有良好穩(wěn)健性。
　　面向機構離散約束優(yōu)化問題，設計一種離散差分進化算法(DDE)。提出評價種群多樣性的新測度——種群二次平均基因距離及基于新測度的混沌移民操作。融合自適應罰函數方法

5、與混沌移民操作，開發(fā)面向機構離散約束優(yōu)化問題的自適應罰函數混合離散差分進化算法(HDDE)。最后，應用HDD求解齒輪機構設計中的離散約束優(yōu)化問題，其計算性能優(yōu)于對比算法。
　　借鑒扇形采樣技術，將二次變異雙種群差分進化算法與約束處理方法相結合，設計求解約束多目標優(yōu)化問題的差分進化算法——基于扇形采樣的約束多目標差分進化算法(SS-CMODE)。建立了曲柄搖桿機構、大尺度夾持機構和二級斜齒圓柱齒輪機構的約束多目標優(yōu)化模型，并應用SS