考慮參數(shù)不確定性的柔順機構(gòu)非概率穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、實際工程問題中存在的不確定性，可能會對產(chǎn)品的穩(wěn)健性產(chǎn)生較大影響。尤其是在MEMS、航空航天及生物工程等高精尖領(lǐng)域內(nèi)，不確定性因素對產(chǎn)品性能穩(wěn)健性所造成得影響，可能會導(dǎo)致產(chǎn)品失效，甚至?xí)斐蓢?yán)重的經(jīng)濟損失。如生物工程領(lǐng)域中的細胞注射，包括注射器、夾持器在內(nèi)的相關(guān)工具的精度與穩(wěn)健性要求極高，微小的誤差可能會導(dǎo)致整個試驗失敗。因此，在設(shè)計階段設(shè)計人員就必須考慮到工程問題中的不確定性?？紤]不確定性的概率方法處理問題時往往需要大量的樣本數(shù)據(jù)作為支

2、撐，并且需要在假設(shè)參數(shù)服從某一分布的基礎(chǔ)上完成優(yōu)化過程。
　　針對上述難題，在國內(nèi)外考慮不確定性的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計研究基礎(chǔ)上，本文對考慮參數(shù)不確定性的非概率穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計做了進一步探索，并以柔順機構(gòu)的不確定性問題為例驗證了其可行性。針對三類較典型的不確定性問題，采用如下三種非概率穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計方法進行優(yōu)化求解：
　?。?）針對僅給出設(shè)計變量參數(shù)范圍及參數(shù)名義值落在區(qū)間內(nèi)概率值的工程不確定性問題，采用基于證據(jù)結(jié)構(gòu)理論的非概率穩(wěn)健優(yōu)化方

3、法進行優(yōu)化。該方法通過對信任函數(shù)和似然函數(shù)定義及置信概率的穩(wěn)健性表征設(shè)置，結(jié)合證據(jù)結(jié)構(gòu)理論，對兩參數(shù)和三參數(shù)的情形分別進行討論，最終獲得優(yōu)化設(shè)計方案。
　?。?）針對考慮目標(biāo)和約束穩(wěn)健性且性能響應(yīng)與設(shè)計變量之間無顯式函數(shù)表達式的工程不確定性問題，采用基于區(qū)間分析的非概率穩(wěn)健優(yōu)化模型法進行優(yōu)化求解。同時考慮目標(biāo)和約束穩(wěn)健性，采用雙層穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計的方法進行求解。并與常規(guī)優(yōu)化、傳統(tǒng)穩(wěn)健設(shè)計及概率穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計的優(yōu)化結(jié)果進行對比，驗證了本文

4、方法的可行性。
　?。?）針對僅給出設(shè)計參數(shù)范圍及結(jié)構(gòu)可靠度約束且設(shè)計變量與性能響應(yīng)之間存在顯式關(guān)系情形下的不確定性難題，構(gòu)建了基于可靠度約束的非概率穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計模型。其中的相應(yīng)權(quán)重問題采用灰熵權(quán)重方法處理，由于試驗數(shù)據(jù)具有一定的隨機性，造成單一的客觀賦權(quán)法也不能較準(zhǔn)確的確定非概率穩(wěn)健優(yōu)化過程中的響應(yīng)權(quán)重，通過灰熵權(quán)重法進行多目標(biāo)權(quán)重的處理。
　?。?）以壓電致動微夾鉗中的柔順機構(gòu)的設(shè)計案例為研究對象，對所采用方法進行了驗證