《机械优化设计方法》实验指导书

机械优化设计方法实验指导书一、 实验目的优化设计技术是一门实践性很强的课程，它要求学生通过实际上机编程计算，达到以下目的：1、 加深学生对优化设计技术基本理论和算法的理解；2、 培养学生独立编制优化设计计算程序的初步能力；3、 初步了解常用最优化设计工具（如MATLAB优化工具箱）的使用；4、 培养学生灵活运用最优化方法解决工程实际问题的基本能力（此项工作还需在后续课程中不断得到训练和加强）。二、 实验安排机械优化设计方法课程上机实验为6学时，分3次完成。实验一：一维搜索法程序的编制、调试和运行（可在0.618法和二次插值法中任选一种）。实验二：无约束优化方法程序编制、调试和运行（可在共轭方向法、POWELL法和DFP法中任选一种）。实验三：阅读理解已调试好的通用约束优化程序，了解其该程序的结构特点。掌握该程序的使用方法，编写目标函数子程序、约束条件子程序，并重新调试通过，完成其运行。或者运用所学知识，自己设计约束最优化程序，并调试、运行通过。实验四（课外）：MATLAB优化工具箱应用（）线性规划。实验五（课外）：MATLAB优化工具箱应用（）约束非线性规划。三、 实验报告每次上机实验完成后，学生要求完成一份实验报告，实验报告应包括以下内容：1、 对所选最优化方法基本原理的简述；2、 提供所选最优化方法的自编源程序清样及其数学模型与考核结果；3、 对所选最优化方法的使用特点进行总结和分析；4、 提出该实验的改进意见等。四、常用优化方法程序考核题 1) 2)3) (x0) 4) 取： 5) 取： 6) 取： 7) 取： 五、实验考核办法 本课程实验成绩依据以下几个方面进行考核（1）实验预习成绩，通过对学生提交的实验预习报告和对学生提问对其进行考核，占本课程实验教学成绩的30%；（2）实验操作成绩，通过对学生的学习态度、组织纪律、遵守实验室各种规章制度和实验动手能力、独立工作能力、发现与解决问题的能力、创新意识等方面进行考核，占本课程实验教学成绩的40%；（3）实验报告，通过对学生实验报告的评阅进行考核（主要有：实验过程的阐述、实验数据的分析与处理、实验结果与改进意见的提出等），占本课程实验教学成绩的30%。本课程实验教学成绩在课程总成绩中的比例不低于实验学时数占本课程总学时数的比例，并在课程结业的卷面考试题中应有与本课程实验内容密切相关的试题。附录一：用MATLAB优化工具箱求解线性规划和非线性约束优化问题附录二：常用优化方法参考程序机械制造教研室、李刚2005年8月2日附录一：用MATLAB优化工具箱求解线性规划和非线性约束优化问题一、求解线性规划问题linprog函数二、用MATLAB求解非线性约束优化问题fmincon函数fmincon是求解多维约束优化问题minf(X)s.t. AXb(线性不等式约束) Aeq(X)=beq(线性等式约束) C(X)0(非线性不等式约束) Ceq(X)=0(非线性等式约束) LbXUb（边界约束） 的优化工具箱函数，它的语法说明如下： x,fval,exitflag,output,grad,hessian= fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,Lb,Ub,Nlc,options,P1,P2) 其中，输出参数有： x是返回目标函数的最优解； fval是返回目标函数在最优解x点的函数值； exitflag是返回算法的终止标志； output是返回优化算法的信息的一个数据结构； grad是返回目标函数在最优解x点的梯度； hessian是返回目标函数在最优解x点的 hessian矩阵值。 输入参数有： fun是调用目标函数的函数文件名； x0是初始点； 线性不等式约束条件的系数矩阵A 和常数向量b； 线性等式约束条件的系数矩阵Aeq和常数向量beq； 设计变量X的下界向量Lb和上界向量Ub； Nlc是定义非线性约束条件的