溢流阀调节弹簧遗传优化设计

1、溢流阀调节弹簧遗传优化设计将拉氏变换，可得系统的频率特性为：溢流阀是利用溢流作用来 调节油路压力的。当油路压力升高到某一规定值，溢流阀便打开，将 压力油溢去一部分，使压力保持在规定值。插装式溢流阀通常由先导 阀和插装件组成，是大流量液压系统的重要元件之一。 先导阀中调压 弹簧的特性，直接关系到整个溢流阀乃至液压系统的工作特性。但弹簧的设计涉及较多参数，是一种多约束的优化问题。而按弹簧的常规 的设计方法，需要进行反复多次运算，才能取得一个满足要求的设计 方案。且采用普通的优化方法比较麻烦。针对这一情况，本文提出一 种基于遗传算法的多参数、多约束的优化方法。该遗传优化算法是在 搜索空间中的搜索，并

2、不是以单个搜索点顺序进行的，而是使用若干 个搜索点(生物个体)并行进行搜索的。一个搜索点作为一个带有遗传情报的假想生物个体，即简单作为 一个生物个体来对待。若干个生物个体即构成了生物集团。首先，相 对于各生物个体，计算出其生物个体对所处环境的适应度。把X作为个体，把f (X)作为X所处环境的适应度来处理。然后，淘汰适 应度低的个体，增殖适应度高的个体。如此进行世代交替仿真，实现 进化(最优化)计算。算法中相对于实际的增值，GA以基因型的交叉以及突然变异操作来进行。最后求出非常高的个体，即max(/(X) 的，值。从而采用GA解决多约束的先导阀中调压弹簧的优化问题。1建立数学模型调压弹簧承受变载

3、荷作用，故除选择其材料、规定热处理条件外，主要确定三个结构参数，即弹簧钢丝直径d弹簧中 径D2和有效圈数。因此，取设计变量为：溢流阀的先导部分，可 等效为一个质量弹簧阻尼”强迫振动系统，其运动微分方程为：WF 液压激振频率（rafl/s）；叫一系统固有频率（ra<d/s）。z 一阻尼比，z二显然，提高W或降低W都会减小共振的影响。 但因W由液压源结构型式决定，故 W愈大愈好。对特定的溢流阀， M1是确定的，而弹簧的固有频率为：由 B阻尼系数（N为保证先 导阀有足够的开启压力及可靠工作，应/m） K调节弹簧刚度（N/m）； P-作用力（N）；使导阀开启时，弹簧力的改变量 pl小于等于其推

4、荐y 导阀芯位。夕（m）。ICad削jc弹簧中径约束2遗传算法的 实现技术（1）二值化将连续最优化问题的设计变量弹簧钢丝直径d、弹簧中径D2和有效圈数n用二进制数表示成离散变溢流阀调压弹簧 约束条件为不等式约束。对其采用以下解决办法：理方法是把它放在 编码中考虑。 其它约束作为遗传操作可行域的约束条件，使个体不能超出可 行域的范围。为了把最优化问题变换适用于 GA的离散化最优组合问题，最终 需要变换成关于适应度函数的最优化问题。 优化问题可表为：上述问 题应用GA进行优化设计，需要将目标函数和约束条件转换为无约束 最大化函数即适应度函数，为此，本文采用外点惩函数法，并取惩罚 函数为：（、一（X

5、, r （k）,并考虑适应度函数值必须非负和目标函数的优化方向对应适应度函数值增大的方向，可以建立如下根据适者生存原则，运用选择、交叉和变异等三个遗传算子产生后代， 组成适应度函数值更高的新一代群体。选择。采用轮盘法与保留最优个体法，将前面所产生的一个最 优的个体保留到当代。种群中个体的 p为个体i的选择概率。交叉。交叉概率P.= 1.00每个变量都进行交叉。并且只有在可行 域内的交叉方有效。 变异。变异概率Pm=1%,并且只有在可行域内的变异才有效。 探索求解。GA法是在离散化设计空间探索。因此，它具有即使探索到解的附近，也很难得到比较精确的最优解之缺点。 这里使用 在经过若干代探索求解的最

6、小解仍没有变化的情况下，以最小解中心缩小探索空间再进行探索的方法，以提高探索精度。当连续五代种群 的平均适应度不超过某一阈值时，探索结束，以此获得全局最优解。3设计示例某小型压机用插装式溢流阀，弹簧作用力P= 8. 8mm,Pf48.3N.对其进行遗传优化设计。用MATIAB5.2编程求解，进行5次遗传优化计溢流阀调节弹簧 遗传优化设计结果表计算序号钢丝直径弹簧中径有效圈数n目标函数/（ X）迭代收敛次数由表中结果表明，5次优化结果相近。由遗传 算法求得溢流阀调节弹簧全局最优解为：d为2806mm, D2为8.8mm， n为3.498, f（X）为2.7234X即（x3672iad/s应用遗传

7、算法求解。从 优化过程看，遗传算法经最初几代进化，即可得到最优解，算法的收 敛速度快、效率好。此外，若采用常规优化方法、设计变量均作连续 处理，优化结束后，还需要对设计变量进行圆整和调整，采用遗传算 法进行离散变量优化，可以直接得到所需要的结果。遗传算法适应于 解决非线性约束优化问题，它是解决调节弹簧优化设计问题的有效算 法。4结论（1）应用遗传算法解决调压弹簧优化设计问题简单有效， 无论在求解速度和解的质量方面都可以得到满意的结果。（2）将本文的优化方法应用于溢流阀调节弹簧设 A.总体方案评 价。传统的DFMA工具可以对产品制造的时间、质量和成本进行评 价，而没有考虑到知识经济要求与环境影响

8、。 因此系统建立总体方案 评价体系，评价指标包括知识经济、环境影响、时间、质量与成本。 用户可以根据它对总体方案进行全面的评价， 可作为解决设计冲突的 依据，并有利于各合作成员在完成概念设计后对产品设计方案达成共 识。B.协作论坛。发布协作成员的问题及建议，讨C.最新进展。发布 成员提交的最新设计成果，提供异地异步共享。D. 电子邮件。电子邮件是典型的异步协同工具。系统集成了电子邮件功能，使得系统可以自动地将特定的通知发 送到特定的人手中。比如用户 A希望每次自己设计的零件修改后都 用电子邮件通知用户B，系统可以自动完成这个工作。E. 批注功能。使用OLE技术开发了一个审阅应用软件。通过连 接

9、/嵌入的方法将图形文件作为显示背景显示在审阅系统中，然后通 过系统提供的圈阅工具进行批注，系统自动将评语内容与图形文件名保存到同一对象中，使评语与对应的零部件联系起来，实现批注功能。A. 网络会议。为方便异地用户之间的讨论，提供召开网络会议的 功能，包括电子白板功能；本系统采用虚拟现实交互技术实现了网络 会议功能。B. 约束管理。冲突是并行设计过程中经常发生的一种现象。目前常见的冲突检测及消除的方法是约束网络及约束传播技术。 不同种类 产品的设计往往需要事先建立不同的、 结构庞大的约束网络而虚拟企 业的设计任务是多变的。为了解决这个矛盾，本系统开发了一个智能 约束管理系统，系统能对新问题辅助生成约束网络。此系统另文详述。保证设计成果的安全和协作成员的知识产权是系统应用的前提。 系统的安全由多项措施保证。 系统权限赋予。适用于整个系统的权限叫系统权限。系统权限 有文件浏览、任务浏览、项目管理、人员管理、数据管理、网络通讯 与系统监控等。系统角色由系统管理员指派，包括系统管理员、盟主 企业、合作伙伴与普通用户或特殊设定的角色。 不同的系统角色拥有 不同的系统权限，