第17章 VC++和MATLAB开发齿轮优化设计系统.ppt

第17章VC+和MATLAB开发齿轮优化设计系统,利用MATLAB的优化工具箱，可以求解线性规划、非线性规划和多目标规划问题。另外，该工具箱还提供了线性、非线性最小化，方程求解，曲线拟合，二次规划等问题的求解方法，为优化理论和方法在工程中的实际应用提供了更方便快捷的途径。本章将详细介绍MATLAB工具优化箱中无约束优化问题和约束优化问题的求解，并讲解如何与VC+进行混合编程开发一套齿轮优化设计系统。,17.1优化设计理论,优化设计是一种研究如何科学、合理地确定最优可行方案的方法。在科学研究和工程应用中，同一个问题往往会有多个解决方案，优化设计研究如何从多个方案中获得最佳方案。最优化方法的应用和研究已经深入到机械工程、运输调度、生产控制、经济规划、经济管理等多个领域，并取得了显著的经济效益和社会效益。1.优化问题基本模型2.优化问题的实现,17.2.1优化工具箱简介,MATLAB中的优化工具箱(OptimizationToolbox)中含有一系列的优化算法函数，这些函数拓展了MATLAB数值计算环境的处理能力，可以用于解决一些问题,17.2.2优化工具箱4.x的新特色,MATLAB4.x版的优化工具箱结构图如图17.2所示。MATLAB提供的优化工具箱4.1版本较之以前的3.0版本，具有一些新的特色,17.2.3优化函数,利用MATLAB的优化工具箱，可以求解线性规划、非线性规划和多目标规划问题。优化工具箱中的函数包括最小优化函数、最小二次问题求解函数、方程求解函数中型问题方法演示函数大型问题方法演示函数,17.2.4无约束优化问题,常用的无约束最优化方法有Powell法、梯度法和牛顿法等。不同方法之间的差别主要是用不同的方法选取下降方向和下降点。本小节介绍无约束最优化问题的MATLAB实现方法，首先从最简单的一维优化问题出发，然后介绍一般的无约束优化问题。1.一元函数无约束优化2.多元函数无约束优化,17.2.5约束优化问题,工程中的最优化设计问题绝大多数都是有约束的。有约束的最优化设计问题可以分为两类：一是目标函数和约束函数均为线性函数，称为线性规划问题；另一类是目标函数和约束函数中至少有一个函数是非线性的，称为非线性规划问题。工程优化设计中的问题多属于非线性规划问题。1.线性规划问题2.一般的约束非线性最优化问题,17.3VC+与绘图软件SolidWorks的接口,在本章使用VC+和MATLAB开发齿轮优化设计系统的综合应用实例时，为了提高开发效率，减少开发工作量，将使用VC+调用三维CAD（ComputerAidedDesign）软件SolidWorks的API函数的方式，实现齿轮模型的绘制。本节将进行SolidWorks的API接口的基本情况，以及如何使用VC+对SolidWorks软件进行二次开发。,17.3.1SolidWorks的API接口概述,为了方便用户进行二次开发，SolidWorks提供了几百个API（ApplicationProgramInterface,应用程序接口）函数，借助SolidWorks的OLE(ObjectLinkingandEmbedding,对象的嵌入和链接)或COM(ComponentObjectModel,组件对象模型)接口，用户可以使用VC+等高级语言对SolidWorks进行二次开发，建立适合用户需要的、专用的产品设计系统。,17.3.2对象分类,SolidWorksAPI对象可以分为应用程序对象、配置文件对象、事件对象、注解对象、模型对象、特征对象、草图对象和使用工具对象等几大类。,17.3.3几个重要的SolidWorksAPI对象,1.SldWorks对象2.ModelDoc对象3.PartDoc对象4.AssemblyDoc对象5.DrawingDoc对象6.SelectionMgr对象7.AttributeDef对象和Attribute对象,17.3.4使用VC+对SolidWorks的二次开发,SolidWorksAPI是基于COM组件技术构造的，SolidWorks是通过COM技术为开发人员提供了强大的二次开发接口,17.4.1齿轮优化设计系统需求,目前市场竞争也越来越激烈，企业的产品必须上水平、上质量，必须和国际接轨。首先就必须提高设计和制造水平，这就要求设计人员采用先进的国际标准，快速、合理地设计出性能优良且经济的产品。齿轮是很多重要制造设备和装备的基础零件，其设计制造水平直接影响到制造设备和装备的质量和可靠性。齿轮设计要考虑到传动比、变位系数分配、侧隙与齿厚公差等知识。开发齿轮设计软件系统的开发人员不仅需要具有机械设计的知识基础，而且还需要有软件工程的相关知识。,17.4.2齿轮优化设计系统设计,根据需求分析，可以将系统分为两个主要模块。1.问题表述和主要参数的确定模块2.齿轮绘制模块,17.5.1齿轮优化设计的MATLAB实现,对于一个单级斜齿圆柱齿轮减速器，电动机功率P=22kW，转速n1970rpm。用联轴器与高速齿轮联接，传动比i4.6，单向传动，单班制工作，寿命10年。试设计一个体积（或质量）最小的传动方案。1.建立优化设计目标函数模型2.确定约束条件,17.5.2SolidWorks环境内的VC+和MATLAB混和编程,目前用VC+进行SolidWorks二次开发有两种方法。一是用Swizard.swx生成DLL，二是用ATL生成DLL。SolidWorks目前已经不支持早期的工程向导Swizard.swx了，而是采用SolidWorksATLObjectWizard。,17.5.3齿轮优化设计系统运行,