一种用于中高转速凸轮机构的优化方法技术

本发明专利技术公开了一种用于中高转速凸轮机构的优化方法，包括以下步骤：根据预期运动控制要求，获取M个功能约束，通过M个功能约束生成解集空间；采用多项式线型和傅里叶线型组成分段曲线模型，通过分段曲线模型描述凸轮机构从动件运动规律；根据解集空间，通过蚁群算法对凸轮机构从动件运动规律进行优化；确定蚁群算法满足迭代次数，输出最优的凸轮机构从动件运动规律。本发明专利技术采用多项式线型和傅里叶线型组成的分段曲线描述凸轮机构从动件运动规律，使得运动规律描述模型具备更丰富的曲线特性和灵活度。结合蚁群算法实现了优化问题的求解，使得求解过程具有不依赖设计经验、求解速度快、求解效果稳定和并行计算等优势。求解效果稳定和并行计算等优势。求解效果稳定和并行计算等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种用于中高转速凸轮机构的优化方法


[0001]本专利技术涉及机械设计的
，特别涉及一种用于中高转速凸轮机构的优化方法。

技术介绍

[0002]在机械制造领域中，产生满足时序要求的周期性运动是一种普遍且基本的设计要求。产生满足时序要求的周期性运动的方法有电气控制法和凸轮机构法，相较于电气控制法，凸轮机构法具有良好的同步性和可靠性，且制造成本低，因此凸轮机构被广泛应用于机械制造中。控制精度高、峰值驱动力小和使用寿命长是凸轮机构设计的核心诉求，因此凸轮机构运动规律曲线的优化是机械制造企业不断创新的基础技术。
[0003]在现有技术中，通用的凸轮机构的优化技术大多数局限于单一类型曲线的参数优化和问题求解的算法改进，容易受到曲线整体特征的局限。尽管单一线型的凸轮机构从动件运动规律的曲线特征与从动件预期的运动特征在大部分时间内契合度很高，但是两者局部的契合度却是不足的，这容易导致凸轮机构的运行速度、控制精度以及凸轮和从动件之间的受力状况未达到最佳状态。除此之外，采用问题求解的算法改进，虽然能够在一定程度上优化凸轮机构运行状况，但是高度依赖于凸轮机构从动件运动规律的描述方式的优劣，优化效果往往不够显著。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种用于中高转速凸轮机构的优化方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
[0005]本专利技术解决其技术问题的解决方案是：提供一种用于中高转速凸轮机构的优化方法，应用于中高转速凸轮机构运动规律中的升程或者回程部分，所述凸轮机构的中高转速的范围为30
‑
1000r/min，包括：
[0006]根据预期运动控制要求，获取M个功能约束，通过所述M个功能约束生成解集空间；
[0007]采用多项式线型和傅里叶线型组成分段曲线模型，通过所述分段曲线模型描述凸轮机构从动件运动规律；
[0008]根据所述解集空间，通过蚁群算法对所述凸轮机构从动件运动规律进行优化；
[0009]确定所述蚁群算法满足迭代次数，输出最优的所述凸轮机构从动件运动规律。
[0010]进一步，所述通过所述M个功能约束生成解集空间具体包括：
[0011]根据所述M个功能约束构造多项式型凸轮机构从动件运动规律曲线；
[0012]将所述多项式型凸轮机构从动件运动规律曲线分别上移和下移Z个寻优单位，并舍弃第一区域，构建出第二区域；
[0013]在所述第二区域内以一定分度均匀取位移点构成寻优点集。
[0014]进一步，所述根据所述解集空间，通过蚁群算法对所述凸轮机构从动件运动规律进行优化具体包括：
[0015]从所述寻优点集中选取最优位移点，根据选取的所述最优位移点构成最优位移点集，并通过所述分段曲线模型选取各分段曲线描述方式；
[0016]通过所述最优位移点集和所述各分段曲线描述方式生成行走路径，根据所述行走路径对所述凸轮机构从动件运动规律进行优化；
[0017]在中高转速运行工况下，获取凸轮机构的性能需求，根据所述性能需求建立评价模型；
[0018]将所述优化的凸轮机构从动件运动规律输入所述评价模型，获得所述优化的凸轮机构从动件运动规律的评分值；
[0019]保存本代最优的所述行走路径，且根据所述评分值，对所述寻优点集和所述各分段曲线描述方式的集合添加信息素。
[0020]进一步，所述通过所述最优位移点集和所述各分段曲线描述方式生成行走路径，根据所述行走路径对所述凸轮机构从动件运动规律进行优化具体包括：
[0021]通过所述最优位移点集和所述各分段曲线描述方式生成每只蚂蚁的所述行走路径；
[0022]将所述M个功能约束和所述每只蚂蚁的行走路径代入所述分段曲线模型，获得所述凸轮机构从动件运动规律；
[0023]根据预期运动控制要求，获取限制条件，剔除不满足所述限制条件的所述凸轮机构从动件运动规律，得到所述优化的凸轮机构从动件运动规律。
[0024]进一步，所述分段曲线模型的解析式包括：多项式线型分段基函数、傅里叶线型分段基函数、多项式线型分段的单位位移函数和傅里叶线型分段的单位位移函数。
[0025]进一步，所述傅里叶线型分段的单位位移函数的求解方法包括：
[0026]将所述傅里叶线型分段的单位位移函数中的角速度ω值给定；
[0027]将给定的所述角速度ω值输入至所述傅里叶线型分段的单位位移函数中，得到对应的其余待定参数和对应初始点的跃度偏差值；
[0028]当所有给定的所述角速度ω值均得到对应的所述其余待定参数和对应的所述跃度偏差值，输出最优的所述角速度ω值和对应的所述其余待定参数。
[0029]进一步，所述傅里叶线型分段的单位位移函数的求解方法还包括：当所述对应初始点的跃度偏差值大于或者等于1时，所述初始点所在的分段曲线由所述多项式线型分段的单位位移函数进行描述。
[0030]进一步，所述分段曲线模型的各个分段由线性无关等式约束条件所限定，所述线性无关等式约束条件包括：所述M个功能约束和所述行走路径。
[0031]进一步，所述分段曲线模型的各个分段的初始点的函数值、一阶导数值和二阶导数值均与前一分段的末端点的函数值、一阶导数值和二阶导数值相等；
[0032]所述分段曲线模型的各个分段的初始点的三阶导数值与前一分段的末端点的三阶导数值偏差值小于1。
[0033]本专利技术的有益效果是：本专利技术采用多项式线型和傅里叶线型组成的分段曲线描述凸轮机构的运动规律，使得运动规律描述模型具备更丰富的曲线特性和灵活度。相较于现有技术中单一类型的运动规律描述模型，分段曲线模型可以根据凸轮机构从动件运动特性自适应调整曲线参数和曲线组合方式，提高曲线特性和从动件运动特性的契合度，使得优
化后的凸轮机构具有更低的峰值加速度和整体跃度。将曲线参数优化问题转化为最优途经点选择问题，并结合蚁群算法实现了优化问题的求解。集群类智能优化算法用于凸轮机构从动件运动规律优化问题求解，使得求解过程具有不依赖设计经验、求解速度快、求解效果稳定和并行计算等优势。本优化方法还可以通过更改评价模型用于满足其它性能需求的凸轮机构优化设计，提供了一种移植性强、简单且高效的凸轮机构运动规律优化方法。
附图说明
[0034]图1是本专利技术一实施例提供的一种用于中高转速凸轮机构的优化方法的流程图；
[0035]图2是本专利技术另一个实施例提供的一种用于中高转速凸轮机构的优化方法的流程图；
[0036]图3是本专利技术另一个实施例提供的一种用于中高转速凸轮机构的优化方法的流程图；
[0037]图4是本专利技术另一个实施例提供的一种用于中高转速凸轮机构的优化方法的流程图；
[0038]图5是本专利技术提供的一种用于中高转速凸轮机构的求解傅里叶分段的单位位移函数待定参数的流程图。
具体实施方式
[0039]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于中高转速凸轮机构的优化方法，应用于中高转速凸轮机构运动规律中的升程或者回程部分，所述凸轮机构的中高转速的范围为30
‑
1000r/min，其特征在于，包括：根据预期运动控制要求，获取M个功能约束，通过所述M个功能约束生成解集空间；采用多项式线型和傅里叶线型组成分段曲线模型，通过所述分段曲线模型描述凸轮机构从动件运动规律；根据所述解集空间，通过蚁群算法对所述凸轮机构从动件运动规律进行优化；确定所述蚁群算法满足迭代次数，输出最优的所述凸轮机构从动件运动规律。2.根据权利要求1所述的一种用于中高转速凸轮机构的优化方法，其特征在于，所述通过所述M个功能约束生成解集空间具体包括：根据所述M个功能约束构造多项式型凸轮机构从动件运动规律曲线；将所述多项式型凸轮机构从动件运动规律曲线分别上移和下移Z个寻优单位，并舍弃第一区域，构建出第二区域；在所述第二区域内以一定分度均匀取位移点构成寻优点集。3.根据权利要求2所述的一种用于中高转速凸轮机构的优化方法，其特征在于，所述根据所述解集空间，通过蚁群算法对所述凸轮机构从动件运动规律进行优化具体包括：从所述寻优点集中选取最优位移点，根据选取的所述最优位移点构成最优位移点集，并通过所述分段曲线模型选取各分段曲线描述方式；通过所述最优位移点集和所述各分段曲线描述方式生成行走路径，根据所述行走路径对所述凸轮机构从动件运动规律进行优化；在中高转速运行工况下，获取凸轮机构的性能需求，根据所述性能需求建立评价模型；将所述优化的凸轮机构从动件运动规律输入所述评价模型，获得所述优化的凸轮机构从动件运动规律的评分值；保存本代最优的所述行走路径，且根据所述评分值，对所述寻优点集和所述各分段曲线描述方式的集合添加信息素。4.根据权利要求3所述的一种用于中高转速凸轮机构的优化方法，其特征在于，所述通过所述最优位移点集和所述各分段曲线描述方式生成行走路径，根据所述行走路径对所述凸轮机构从动件运动规律进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永杰，王鹏，唐达，李佳轩，张菊，
申请(专利权)人：汕头大学，
类型：发明
国别省市：