DEVELOPMENT AND PRACTICE OF SIMULTANEOUS OPTIMUM DESIGN OF STRUCTURE AND CONTROL SYSTEM
结构与控制系统同步优化设计的开发与实践
基本信息
- 批准号:05402034
- 负责人:
- 金额:$ 10.24万
- 依托单位:
- 依托单位国家:日本
- 项目类别:Grant-in-Aid for General Scientific Research (A)
- 财政年份:1993
- 资助国家:日本
- 起止时间:1993 至 1994
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This study proposes new optimum design methods of structure and control system. Forst, a structural topology optimization method based on the genetic argorithm is presented. The fitness function composed of a natural frequency is maximized by optimizing the topology of the structure. The optimum topology of the structure is determined by optimizing the placement of the finite elements in FEM analysis. In the optimum design based on the genetic argorithm, the computer burden should be decreased for practical use. This study improves the genetic operations with respect to the crossover and the mutation in order to improve the efficiency of the calculation. Furthermore, the higher efficiency of the calculation is achieved by the model reduction in structural analysis. Effectiveness and practicability of the proposed approach are verified by optimizing the topology of the guide-arm installed in the magnetic disk device. Next, this study proposes a sumultaneous optimum design method of structure and control system by which to design an optimum servosystem composed of continuous body structures using modal analysis and sensitivity analysis. The mechanical structures is modeled first by FEM.This spatial model are of such high degree of freedom that a control system cannot be designed. This spatial model is transformed into a modal model in order to reduce DOF.The servosystem is composed with the reduced model and a dynamic compensator. However, stability of the control system is not always guaranteed because the modal model ignores high-order modes. An simultaneous optimization method of the structure and the control system which guarantees stability of the actual system is proposed in this study. The optimization is performed using sensitivity analysis and nonlinear programming. The effectiveness of the proposed method is verified by both simulation and experiment.
本研究提出了结构和控制系统的新的优化设计方法。 Forst提出了一种基于遗传算法的结构拓扑优化方法。通过优化结构的拓扑来最大化由固有频率组成的适应度函数。通过在有限元分析中优化有限元的放置来确定结构的最佳拓扑。基于遗传算法的优化设计,在实际应用中应减轻计算机负担。本研究改进了交叉和变异方面的遗传操作,以提高计算效率。此外,通过结构分析中的模型简化,实现了更高的计算效率。通过优化安装在磁盘设备中的导臂的拓扑结构,验证了所提出方法的有效性和实用性。接下来,本研究提出了一种结构和控制系统的同步优化设计方法,通过模态分析和灵敏度分析来设计由连续车身结构组成的优化伺服系统。机械结构首先通过有限元建模。该空间模型具有很高的自由度,以至于无法设计控制系统。为了减少自由度,将该空间模型转化为模态模型。伺服系统由减少的模型和动态补偿器组成。然而,由于模态模型忽略了高阶模态,控制系统的稳定性并不总是得到保证。本文提出了一种保证实际系统稳定性的结构和控制系统同步优化方法。使用灵敏度分析和非线性规划进行优化。通过仿真和实验验证了该方法的有效性。
项目成果
期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
辻岡,梶原,浅井,長松: "構造系とH^∞制御系の同時最適設計" 日本機械学会,第71期全国大会講演論文集. 930-63. 195-197 (1993)
Tsujioka、Kajiwara、Asai、Nagamatsu:“结构系统和 H^∞ 控制系统的同步优化设计”,日本机械工程师学会,第 71 届全国会议论文集,195-197(1993)。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
Kajiwara,I.,Nagamatsu,A.: "H^∞ Control System by Modal Analysis for Suppression of Structural Vibration" Proceedings of the 12th International Modal Analysis Conference. 591-597 (1994)
Kajiwara, I., Nagamatsu, A.:“通过模态分析抑制结构振动的 H^∞ 控制系统”第 12 届国际模态分析会议论文集 591-597 (1994)。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
梶原逸朗,長松昭男: "モード解析による構造系と制御系の最適設計" 日本機械学会論文集(C編). 60. 368-373 (1994)
Ituro Kajiwara,Akio Nagamatsu:“使用模态分析的结构和控制系统的优化设计”,日本机械工程师学会汇刊(ed. C) 60. 368-373 (1994)。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
辻岡一明,梶原逸朗 他1名: "構造系とH^∞制御系の同時最適設計" 日本機械学会論文集(C編). 61. 967-974 (1995)
Kazuaki Tsujioka、Itsuro Kajiwara 等 1:“结构系统和 H^∞ 控制系统的同步优化设计”日本机械工程学会会刊(ed. C)61. 967-974(1995)。
- DOI:
- 发表时间:
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:
- 通讯作者:
辻岡一明,梶原逸朗 他1名: "遺伝的アルゴリズムを用いた構造系とH^∞制御系の統合最適設定" 日本機械学会論文集(C編). 61(掲載決定). (1995)
Kazuaki Tsujioka、Itsuro Kajiwara 等 1:“使用遗传算法的结构系统和 H^∞ 控制系统的综合优化设置”日本机械工程学会论文集(C 版)(1995 年)。
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