基于Kriging模型的仿真优化方法关键技术研究

批准号:
51775472
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
李耀辉
依托单位:
学科分类:
E0506.机械设计学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
方波、岑辉、晁艳普、刘国红、张世伟、郭瑞瑞、曹福来、袁培佩
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中文摘要
基于Kriging的仿真优化方法,是利用试验设计所产生的采样点构造近似Kriging模型,以代替复杂的仿真模型进行优化分析。但存在Kriging建模效率低、优化精度不佳等问题。为此,本项目研究基于Kriging的仿真优化方法关键技术。建模方面,通过分析Kriging参数,形成基于增广梯度的快速构造方法,以提高建模效率。优化方面,运用对偶理论研究基于Kriging的无约束优化,旨在平衡全局与局部搜索的情况下改善优化效率和精度;其次,为大幅提升优化效率,结合多目标优化策略与多点加点准则形成基于Kriging的并行优化;最后,针对初始采样不存在可行点的约束问题,分析最大约束概率和Kriging参数对可行点的影响,研究基于Kriging的约束优化。以此研制仿真优化原型系统,并以燃料电池汽车设计为例进行验证。本研究有望提高基于Kriging仿真优化中的效率和精度,促进优化设计理论体系的完善与发展。
英文摘要
In the Kriging-based simulation optimization method, the approximate Kriging model, which is constructed by sampling points generated by the experimental design, can replace the complex simulation model to perform optimization analysis. However, it has low modeling efficiency and poor optimization accuracy. In view of this, by analyzing Kriging parameters, a gradient‑enhanced fast construction method is built so as to improve the modeling efficiency in modeling. For optimization aspect, duality theory is used to research the Kriging-based unconstrained optimization in order to improve optimization efficiency and accuracy under the circumstances of balancing between exploration and exploitation. In addition, the multi-points parallel sampling optimization method is proposed by multi objective optimization strategy and multi-point sampling criterion so as to further improve optimization efficiency. Finally, for the constrained optimization problem in which there is no any feasible point in initial experimental design, a Kriging-based constraint global optimization method is researched by analyzing maximum probability constraint and Kriging parameters how to influence feasible point. To this end, the corresponding simulation optimization prototype system is developed, and the proposed methods are verified by fuel cell vehicle. This research is expected to enhance efficiency and accuracy of the Kriging-based optimization problems and promote the perfection and development of the theory system of optimization design.
利用试验设计所产生的采样点构造近似Kriging模型,以代替复杂仿真模型进行优化分析的基于Kriging的仿真优化方法已广泛应用于航空航天、机械工程、车辆工程、地质工程等诸多领域,但仍存在Kriging建模效率低、优化精度不佳等问题。鉴于此,本项目从建模和优化两个方面研究基于Kriging的仿真优化关键技术。建模方面,通过分析Kriging参数完成基于增广梯度的快速构造,以提高建模效率。优化方面,首先运用对偶理论研究基于Kriging 的无约束优化,旨在平衡全局与局部搜索的情况下改善优化效率和精度;其次,为大幅提升优化效率,结合多目标优化策略与多点加点准则形成基于Kriging的并行优化;最后,针对初始 采样不存在可行点的约束问题,分析最大约束概率和Kriging参数对可行点的影响,研究基于Kriging的约束优化。本项目对上述内容进行深入研究与分析,完成了预期的研究计划。重要成果共22项:发表Kriging建模方面的论文2篇,无约束优化方面的论文3篇,并行优化方面的论文1篇,约束优化方面的论文2篇,综述性论文1篇,高维拓展性论文1篇,出版学术专著1部;此外,获得河南省教育厅学术技术带头人,获得河南省高校科技创新人才项目1项,获得河南省学术论文1等奖一项,河南省教育厅科技成果二等奖1项,河南省教育厅科技论文一等奖3项,申请与本项目相关的国家发明专利5项,参加了国际学术会议WCGO2019,联合培养硕士研究生3名。上述成果和算法主要通过MATLAB编程实现,并集成到多学科优化平台MDesign中,还为2家机械加工类企业提供机械零部件的优化设计服务。项目的成功实施将有力促进计算机试验设计、基于Kriging模型复杂仿真优化等理论的进展,同时也为多学科设计优化、多目标优化、不确定性优化以及控制优化等方向提供借鉴。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
A Kriging-based bi-objective constrained optimization method for fuel economy of hydrogen fuel cell vehicle
基于克里金法的氢燃料电池汽车燃油经济性双目标约束优化方法
DOI:10.1016/j.ijhydene.2019.04.094
发表时间:2019-11
期刊:International Journal of Hydrogen Energy
影响因子:7.2
作者:Li Yaohui;Wu Yizhong;Zhang Yuanmin;Wang Shuting
通讯作者:Wang Shuting
Kriging-based unconstrained global optimization through multi-point sampling
通过多点采样基于克里金法的无约束全局优化
DOI:10.1080/0305215x.2019.1668934
发表时间:2019-11-06
期刊:ENGINEERING OPTIMIZATION
影响因子:2.7
作者:Li, Yaohui;Wang, Shuting;Wu, Yizhong
通讯作者:Wu, Yizhong
A Kriging-Assisted Multi-Objective Constrained Global Optimization Method for Expensive Black-Box Functions (dagger)
针对昂贵黑盒函数的克里格辅助多目标约束全局优化方法(dagger)
DOI:--
发表时间:2021
期刊:Mathematics
影响因子:2.4
作者:李耀辉;史君君
通讯作者:史君君
DOI:--
发表时间:2021
期刊:机械设计与制造
影响因子:--
作者:师路欢;李耀辉
通讯作者:李耀辉
Use a sequential gradient-enhanced-Kriging optimal experimental design method to build high-precision approximate model for complex simulation problem
使用顺序梯度增强克里金优化实验设计方法为复杂仿真问题建立高精度近似模型
DOI:10.1007/s12065-019-00345-z
发表时间:--
期刊:Evolutionary Intelligence
影响因子:2.6
作者:Yaohui Li;Junjun Shi;Jingfang Shen
通讯作者:Jingfang Shen
高维复杂问题的维度缩减与非平滑Kriging建模机制研究
- 批准号:52375270
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50万元
- 批准年份:2023
- 负责人:李耀辉
- 依托单位:
国内基金
海外基金
