纺织机械四连杆打纬机构最优化设计实验试验报告.doc

机械工程试验教学中心课程名称： 机械优化设计 实验项目： 四连杆打纬机构最优化设计实验 专业班级： 201X级机械工程及自动化XX班 学 号： XXXXXXXXXX 姓 名： XXXXXX 指导老师： XXXXXX 日 期： 201X.12.12 实验报告实验2 四连杆打纬机构最优化设计实验报告实验日期 201X 年 12 月 11 日报告日期 201X 年 12 月 12 日班级 201X级机自XX班 姓名 XXXXX 学号 XXXXXXXXXXXX 1、实验目的了解四连杆打纬机构的主要工艺设计参数作用。学习如何建立最优化设计的数学模型。学习在MATLAB软件平台上编写求解优化模型的程序。学习上机调试、运行所编写的最优化程序。2、建立最优化数学模型，并说明为什么要建立筘座脚最大摆程约束（1）确定设计变量为了使梭子能在梭口满开后尽快进入梭道，改善开口机构与打纬机构之间的运动滞后问题，必须使筘座在完成打纬后，尽快地回摆至指定位置。因此，要求四连杆打纬机构有较强的急回特性，为尽快的形成足够的梭口空间创造条件。以四连杆机构的四个杆件的长度作为设计变量，设曲柄、牵手、筘座脚及机架长度分别为r1,r2,r3,r4=x1,x2,x3,x4(2)定义目标函数一般以筘座回摆动程为梭子宽度的2倍时，梭子方可进入梭道为好。所以，以牵手栓由前极限位置后摆至9cm时，曲柄转动的相应角度作为优化设计的目标函数，值越小，开口机构与投梭机构的运动配合的滞后程度就越小，相应的设计方案也就越好。(3)定义约束函数第一个约束条件应为曲柄存在：故由杆长定理即最短杆长度加最长杆长度小于等于其他两杆长度之和，知曲柄存在的约束条件（r1为曲柄）：当最长杆为r2时有：r1+r2r3+r4当最长杆为r3时有：r1+r3r2+r4当最长杆为r4时有：r1+r4r2+r3第二个约束条件应为保证机构传力性能良好，应使压力角 50，即机构传动角条件：40140第三个约束条件应曲柄与牵手长度比r1/r2条件r1/r20.5 r2/r13第四个约束条件应为筘座脚摆幅的约束条件，筘座脚摆幅过小，不利于梭子引纬；筘座脚摆幅过大，易磨损纱线，造成经纱断头。-允许的筘座摆幅(=15cm) Sm-实际的筘座摆幅(4)建立最优化数学模型令x1,x2,x3,x4T=r1,r2,r3,r4T，便可以建立以下形式的数学模型：约束条件如下：g9(x)=x10g10(x)=x20g11(x)=x30g12(x)=x403、编制MATLAB优化程序（1）编写目标函数文件，命名为fxx.m保存，程序代码如下：function f=fxx(x)a1=acos(x(4)2+x(3)2-(x(2)+x(1)2)/(2*x(4)*x(3)-90/x(3);p=sqrt(x(4)2+x(3)2-2*x(3)*x(4)*cos(a1);a2=acos(x(1)+x(2)2+p2-902)/(2*(x(1)+x(2)*p);f=acos(x(1)2+p2-x(2)2)/(2*x(1)*p)-a2;（2）编写约束条件文件，命名为subj.m保存，程序代码如下：function w=subj(x)g(1)=x(3)+x(4)-x(1)-x(2);g(2)=x(2)+x(4)-x(1)-x(3);g(3)=x(2)+x(3)-x(1)-x(4);g(4)=-(x(2)2+x(3)2-(x(4)-x(1)2)/(2*x(2)*x(3)+cos(3.14*40/180);g(5)=-cos(3.14*140/180)+(x(2)2+x(3)2-(x(4)+x(1)2)/(2*x(2)*x(3);g(6)=-x(3)*(acos(x(4)2+x(3)2-(x(2)+x(1)2)/(2*x(3)*x(4)-acos(x(4)2+x(3)2-(x(2)-x(1)2)/(2*x(3)*x(4)+150;g(7)=-x(1)/x(2)+0.5;g(8)=-x(2)/x(1)+3;g(9)=x(1);g(10)=x(2);g(11)=x(3);g(12)=x(4);if any(g0) w=0; %不满足约束条件else w=1; %满足约束条件end（3）编写随机方向法文件，命名为sjfxfa.m保存，程序代码如下：function sjfxfa %SJFXFA-随机方向法%输入参数： n-维数；h0-步长；m-随机搜索方向数 x0-初始点clearn=4h0=0.001m=100;x0=70;189;683;753;ep=0.00001;MODEL=ep+1h=h0;w=subj(x0);k=1;j=0; %j=1:F(X)ep)|(hep/1000) %终止条件 if j=1 k=1;j=0; end q=2*rand(n,1)-1; s=q/norm(q); x=x0+h*s; w=subj(x); while w=1 %满足约束条件 F=fxx(x); if F=m h=h/2; k=1; end end MODEL=abs(F0-F); endfprintf(1, x* x*=% 3.4fn,x(1)fprintf(1, % 3.4fn,x(2)fprintf(1, % 3.4fn,x0(3)fprintf(1, % 3.4fn,x0(4)fprintf(1, f* f*=% 3.4fn,fxx(x0)*180/pi)else x0 is not a feasible intial point!end4、实验结果 填写优化结果数据记录表根据优化求解的结果，填写下表设计变量X1X2X3X4计算结果71.8345143.6690700.9157744.2809 绘出优化前后筘座的运动规律曲线图 根据优化计算结果，试分析优化前、后打纬滞后角变化优化前的四连杆为r1= 70