Robust Parameter Coordination for Multidisciplinary Design

Introduction The essence of multidisciplinary design pro-cess is how to coordinate all the constraints dis-tributed in various disciplines to maintain the con-sistency between product specifications and designvariables. The functions of coordination are to findpotential conflicts, and to provide valid solutions.Young et al[1,2]studied constraint network formodeling and developed several applicable con-straint systems[3-5]. Kannapan et al[6]introduced adesign diagram to represent parametric des…     

Structural Multi-objective Probabilistic Design for Six Sigma

Uncertainties in engineering design may lead to low reliable solutions that also exhibit high sensitivity to uncontrollable variations. In addition, there often exist several conflicting objectives and constraints in various design environments. In order to obtain solutions that are not only "multi-objectively" optimal, but also reliable and robust, a probabilistic optimization method was presented by integrating six sigma philosophy and multi-objective genetic algorithm. With this method, multi-objective genetic algorithm was adopted to obtain the global Pareto solutions, and six sigma method was used to improve the reliability and robustness of those optimal solutions. Two engineering design problems were provided as examples to illustrate the proposed method.     

基于HAM的汽车乘员约束系统多参数优化

针对汽车乘员约束系统高度非线性且难于求解最优值的特点,提出全局敏感性分析结合混合元模型的优化方法,通过蒙特卡罗模拟在整个设计空间内采样,以元模型代替仿真模型来完成设计参数的敏感性分析,并将分析获得的信息用于混合元模型优化（hybrid and adaptive metamodeling method,HAM）,将二阶多项式响应面、Kriging模型、径向基函数三种元模型有机结合,自适应选择最佳的元模型进行寻优.搜索过程中元模型不断更新与重建,逐渐提高关键区域的精度,从而快速寻找到全局最优解.对某工程实例的优化结果表明该方法是有效的.     

高斯过程回归短时交通流预测方法

已有的短时交通流预测方法均属于确定性预测,无法对预测的不确定性进行定量分析.针对上述问题,提出了一种基于高斯过程回归的短时交通流预测方法.通过该方法在对短时交通流进行预测的同时还可以得到预测的方差估计值,并依此可以确定预测值的95%置信区间.在仿真实例中,在相同条件下对所提方法与支持向量机预测方法进行比较.仿真结果表明,高斯过程回归短时交通流预测方法不仅与支持向量机预测方法具有相近的预测精度,其中均方根误差为12.09,绝对值误差为118.42,相对误差为17.32%,而且能够获得预测结果的方差估计值,从而有效实现短时交通流概率意义上的预测.     

不确定需求下轨道交通网络的鲁棒性优化

轨道交通网络设计是轨道交通规划的重点,本文研究不确定需求下轨道交通网络设计的鲁棒性优化问题.提出了不确定需求下轨道交通网络鲁棒性的概念.针对不确定需求可以被预测和不可以被预测的两种情况,分别建立了scenario 模型、minmax模型,这两个模型在优化目标中均综合考虑了最小化轨道交通线路总长度、最小化乘客总出行距离、最小化乘客总换乘次数,并基于遗传算法给出了这两个模型的求解算法.scenario 模型权衡网络的服务水平与网络对于不确定需求的抗干扰能力;minmax 模型侧重于网络在最坏情况下仍然能够保持较好的服务性能.最后,给出算例,验证了提出模型与算法的有效性.     

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交通网络设计问题是交通规划理论的一个重要组成部分,即在资金有限且考虑出行者决策行为的情况下,制定最优投资策略.由于人工费、材料费和使用费等的不确定性,路段的修建成本存在不确定性.本文通过改进预算投资约束,应用鲁棒优化的方法同时考虑出行者的路径选择行为,建立路段修建成本不确定的交通网络设计的鲁棒模型,并利用基于割约束的混合整数线性规划算法求解此模型,进而得到一个受修建成本扰动较小的鲁棒最优解.通过算例表明,在修建成本不确定的交通网络设计中,本文提出的鲁棒优化方法可以得到比传统确定性问题更加可靠的解.     

Containership structural design and optimization based on knowledge-based engineering and Gaussian process

Knowledge-based engineering （KBE） has made success in automobile and molding design industry, and it is introduced into the ship structural design in this paper. From the implementation of KBE, the deterministic design solutions for both rules design method （RDM） and interpolation design method （IDM） are generated. The corresponding finite element model is generated. Gaussian process （GP） is then employed to build the surrogate model for finite element analysis, in order to increase efficiency and maintain accuracy at the same time, and the multi-modal adaptive importance sampling method is adopted to calculate the corresponding structural reliability. An example is given to validate the proposed method. Finally, the reliabilities of the structures＇ strength caused by uncertainty lying in water corrosion, static and wave moments are calculated, and the ship structures are optimized to resist the water corrosion by multi-island genetic algorithm. Deterministic design results from the RDM and IDM are compared with each separate robust design result. The proposed method shows great efficiency and accuracy.     

ROBUST FILTERS WITH SAMPLED-DATA ESTIMATION COVARANCE CONSTRAINT FOR UNCERTAIN CONTINUOUS-TIME SYSTEMS

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｏｆｓａｍｐｌｅｄ－ｄａｔａｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｒｆｉｌｔｅｒｉｎｇｉｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌ－ｏｐｍｅｎｔｉｎｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｄｉｇｉｔａｌ...     

求解约束优化问题的动态目标迁移差分进化算法

针对约束优化问题的特点,给出一种改进差分进化算法.将差分进化算法做了适当修正,在初始化中加入迁移操作,依据违反约束度函数和原目标函数进行选择操作,当个体的违反约束度在容忍度以外时,通过违反约束度函数更新个体,当个体的违反约束度在容忍度以内时,通过原目标函数更新个体,实验研究结果表明该算法能有效求解约束优化问题.     

Robust intelligent control design for marine diesel engine

This work deals with the nonlinear control of a marine diesel engine by use of a robust intelligent control strategy based on cerebellar model articulation controller （CMAC）. A mathematical model of diesel engine propulsion system is presented. In order to increase the accuracy of dynamical speed, the mathematical model of engagement process based on the law of energy conservation is proposed. Then, a robust cerebellar model articulation controller is proposed for uncertain nonlinear systems. The concept of active disturbance rejection control （ADRC） is adopted so that the proposed controller has more robustness against uncertainties. Finally, the proposed controller is applied to engine speed control system. Both the model of the diesel engine propulsion system and of the control law are validated by a virtual detailed simulation environment. The prediction capability of the model and the control efficiency are clearly shown.     

离场航空器四维航迹预测及不确定性分析

为了加速基于轨迹运行概念的实施,提出了基于连续动态模型与离散动态模型的航迹预测方法,并将航空器离场分为起飞与爬升两个阶段,实现离场航空器四维轨迹预测.通过深入分析模型构建、航空器意图、初始状态、性能参数以及环境信息等因素,降低了四维航迹预测的不确定性,提高了预测精度.以国内执飞ZSPD-ZUCK的CQH8867航班为实例进行验证,考虑了起飞质量、爬升顶点信息以及风速风向等对航迹预测的影响,以位置误差与时间误差作为评价指标,研究结果表明:本文提出的算法可以将到达离港点时刻的误差控制在1 min以内,满足空中交通管理的需求.      

基于稳健优化的制造/再制造集成物流网络设计

为了合理设计制造／再制造集成物流网络，综合考虑网络中正向物流和逆向物流的设施集成与运输整合，以及新产品与再制造产品的需求量、可同收废旧产品数量和废旧产品可再制造率的不确定性，基于稳健优化方法建立了一种制造／再制造集成物流网络优化设计模型，据此确定网络中各种设施的数量、位置及物流量分配．算例结果表明，该模型能有效地解决不确定环境下的制造／再制造集成物流网络优化设计问题．     

ROBUST CONTROL WITH COVARIANCE CONSTRAINT FOR UNCERTAIN SAMPLED-DATA FEEDBACK CONTROL SYSTEMS

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓｈｏｕｌｄｐｏｓｓｅｓｓｍｕｌｔｉｐｌｅｄｅｓｉｒｅｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｓｕｃｈａｓｇｏｏｄｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｔｏｍｏｄｅｌｉｎｇｅｒｒｏｒ．...     

船舶运动控制研究

首先对船舶运动控制研究中存在的问题进行了分析，认为其研究中主要存在三方面的问题，即用于控制器设计的模型存在不确定性问题、控制器设计模型的非线性问题和执行机构的问题，针对这些问题，利用鲁棒控制和鲁棒自适应控制理论，提出了解决这三方面问题的控制策略，经仿真研究证实其控制效果是令人满意的。     

汽车鼓式制动器的可靠性稳健优化设计

在汽车鼓式制动器设计中考虑不确定因素的影响,将可靠性优化理论、可靠性灵敏度分析与稳健设计方法相结合,以制动效能因数为目标函数建立制动器可靠性稳健优化数学模型。把制动力矩、摩擦衬片压力的可靠性灵敏度溶入可靠性优化设计模型之中,将可靠性稳健优化设计转化为满足可靠性要求的多目标优化问题。实例计算表明,稳健优化后的制动器不仅有较高的制动效能和可靠性,还具有较低的可靠性灵敏度,取得了满意的结果。     

二齿差滚动活齿传动多目标稳健优化设计

为了提高二齿差滚动活齿传动的设计水平和设计质量,将优化设计理论与稳健设计方法相结合,在考虑设计变量和设计常量的偏差对可行域影响的基础上,建立了二齿差滚动活齿传动的多目标稳健优化设计数学模型.基于模拟退火算法,提出了该模型的求解方法,给出了计算实例.计算结果表明:与应用普通优化方法得出的优化结果相比较,基于模拟退火算法的稳健优化设计所得的二齿差滚动活齿传动的体积缩小24.1％.     

Fault detection of networked control systems with uncertain time-varying delay and quantization error

Problems related to fault detection of networked control systems (NCSs) with both uncertain timevarying delay and quantization error are studied in this paper. A novel model with the form of polytopic uncertainty is given to represent the influences of both the time-varying delay and the quantization error, and then the reference model based method is used to design the residual generator that is robust to both unknown network-induced delay and unknown inputs. A numerical example is also given to illustrate the merits of the presented method. The proposed method can be regarded as an extension of the authors’ former work, which can only deal with time-varying delay.     

基于约束描述的公路路线设计过程模型

公路设计问题是"定义不清晰问题",其设计过程是从设计要求和约束条件出发,逐步满足约束的过程.针对目前公路CAD系统仅从绘图和计算层面对设计师支持的现状,笔者在文中讨论了公路设计过程的典型思维方法,提出建立设计过程模型以提高公路CAD系统的支持水平,定义了基于约束描述的公路路线设计过程模型,给出了形式化描述,并以公路平面设计为例说明了模型的应用.     

列车引起环境振动预测方法与不确定性研究进展

系统总结了列车运行引起环境振动的各类预测方法及其不确定性问题, 梳理了初步预测、确认预测和精准预测3个预测等级内各种方法和模型近10年来的发展状况; 讨论了模型输入参数的随机不确定性, 包括车辆之间差异、轮轨磨耗以及预测模型中输入地层参数等带来的不确定性; 根据新的测试结果分析了车轮和钢轨磨耗状态对地铁振动源强不确定性的影响。研究结果表明: 机器学习方法和地层传递函数解析法可用于初步预测阶段; 用于确认预测的各类数值和解析模型日益完善, 预测效率日益提高, 但考虑车轮和钢轨磨耗发展的轮轨激励输入方法仍有待进一步完善, 仍需进一步发展振动传递路径清晰且可用于工程预测的建筑结构动力学模型; 精准预测需要发展混合预测方法并研究其在地下线振动预测中的应用; 目前对预测结果精准性和预测方法可靠性的研究十分欠缺, 绝大多数预测只能给出定值结果, 无法考虑轮轨磨耗、养护管理水平和振动在地层中传播的不确定性; 建议进一步开发具有远程智能离线采样功能, 并可在建筑结构上长期便捷安装的小型振动采集装置, 以便与机器学习预测方法相结合, 从而适应未来智能化预测的发展要求; 建议发展能够描述钢轨短波磨耗状态等级和车轮不圆顺等级的粗糙度谱, 构建完整养护维修周期内环境振动动态预测模型; 应发展具有可靠性及精准度要求的智能化预测方法, 并在未来实现由定值预测向概率预测发展的根本性转变。      

鲁棒交通网络设计方法

为了更好地指导交通规划实践、提高规划方案应对风险的能力,在分析交通需求预测不确定性的基础上引入鲁棒设计概念,阐述了交通需求预测与鲁棒规划方案的关系.采用随机需求假定,以随机规划理论和均值-方差模型为基础,建立OD需求不确定的鲁棒交通网络设计模型;以蒙特卡洛模拟和遗传算法为工具,设计求解随机双层组合优化问题的实用算法.最...