基于时变可靠性与EGO算法的多输出复杂机构公差设计方法技术

本发明专利技术基于时变可靠性与EGO算法的多输出复杂机构公差设计方法，首先分析复杂机构中误差产生的主要影响因素，确定其失效模式，从而定义在此多失效模式下构件运动的输入与输出，构建失效模式与关键误差变量之间的数学映射关系；之后给定机构运动的时间区间，以及各输出角度的安全边界值；然后建立既能满足机构时变运动可靠性又能降低制造成本的复杂机构尺寸公差离散优化模型；采用EGO优化算法对尺寸公差离散优化模型迭代求解，进而输出最优尺寸公差参数。本发明专利技术可实现复杂机构的尺寸公差高效准确设计，能够在最小制造成本下使机构的运动在多失效模式下满足规定的可靠度水平，同时为复杂机构系统级时变运动可靠性分析与评估提供了新的理论工具。提供了新的理论工具。提供了新的理论工具。

【技术实现步骤摘要】
基于时变可靠性与EGO算法的多输出复杂机构公差设计方法


[0001]本专利技术属于机构可靠性领域，具体涉及一种基于时变可靠性与EGO算法的多输出复杂机构公差设计方法。

技术介绍

[0002]机构运动可靠性是机构可靠性评价体系中的一大组成部分，是衡量机构服役性能的关键指标。对于机构运动可靠性分析而言，根据其中所涉及的时间长度，将其分为非时变运动可靠性与时变运动可靠性。其中，非时变运动可靠性，又称点可靠性，指的是在某一个时刻点运动误差极限状态函数处于安全区域的概率，其不受前面或之后时刻运动失效的影响，各时刻点处的运动可靠性相互独立；而时变运动可靠性评估的是机构在一个时间段上运动的可靠程度，反映整个时间区间内的全部运动信息，其受到前面时刻失效的影响，也即在某一时刻前出现失效，则在整个时间段上失效，因此，非时变运动可靠性一定不小于时变运动可靠性。现有关于单个时刻点机构运行是否可靠的分析方法已无法满足工程设计需求，而采用时变运动可靠性分析方法来计算构件实现预期运动轨迹的可靠度，结果更为准确。
[0003]在精密装备的加工、制造与装配过程中，各种误差的存在会对机构的尺寸产生影响，致使其实际运动姿态不可避免地偏离标称姿态。真空有载分接开关作为特高压换流变压器的关键组件之一，要求在极短时间内完成档位的可靠切换，一旦机构运动误差超出安全范围，极易引发电弧放电或起火爆炸等问题；合成孔径雷达卫星天线可展机构是卫星发射任务中的核心部件，需在规定时间内保证天线面板的可靠展开，面板位姿精度在展开过程中是否超出阈值，直接影响发射任务的成败。因此通过概率的方法分析机构运动的可靠度对于机构运动精度分析具有重要工程意义。
[0004]为保证复杂机构的输出能保持在一定精度范围内，这就要求提高机构自身的精度，因此对于构件的尺寸公差设计较为严格，相应地，制造成本也会增加。目前，国内外对于复杂机构的公差设计方法主要有传统式和工程式。其中，前者主要依靠的是工人经验或采用半经验的方法进行公差设计；后者主要依赖于工程模型，采用灵敏度分析等方法进行公差的合理分配，用以给设计人员提供帮助。而对于考虑机构在多失效模式下的时变运动失效概率，平衡制造成本，这方面的研究较少。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种基于时变可靠性与EGO算法的多输出复杂机构公差设计方法，以EGO算法为基础，构建尺寸公差离散优化迭代模型，能够在最小制造成本下使机构的运动在多失效模式下满足规定的可靠度水平，实现尺寸公差设计过程的快速、高效、准确。
[0006]本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0007]基于时变可靠性与EGO算法的多输出复杂机构公差设计方法，包括以下步骤：
[0008]第一步：分析复杂机构中误差产生的主要影响因素并确定失效模式；
[0009]第二步：定义多失效模式下构件运动的输入与输出，构建失效模式与关键误差变量之间的数学映射关系；
[0010]第三步：给定复杂机构运动的时间区间，以及各输出角度的安全边界值；
[0011]第四步：建立既能满足机构时变运动可靠性又能降低制造成本的复杂机构尺寸公差离散优化模型；
[0012]第五步：以EGO算法为基础，构建复杂机构尺寸公差离散优化模型求解技术，进行参数的迭代优化，经计算得到最优的关键尺寸公差设计值。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，第一步中，根据工程实际经验，采用正交实验方法确定复杂机构中误差产生的主要影响因素，分析关键机构尺寸公差，并确定机构的失效模式。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，第二步中，定义多失效模式下构件运动的输入与输出，依据构件位姿变换和环路信息，构建失效模式与关键误差变量之间的动力学或运动学模型，得到相互映射关系。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，第三步中，根据可靠性定义，时间区间为[t0,tf],其中，t0为初始时刻，t
f
为终止时刻，安全边界值S＝(S1,S2,
…
,S
d
)为d维向量。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，第四步中，复杂机构尺寸公差离散优化模型是以复杂机构的关键尺寸公差作为设计变量，以制造成本作为目标函数，以机构在整个时间区间上的时变运动可靠度不小于许用可靠度作为约束条件。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，关键尺寸公差作为设计变量，且为离散型。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，各尺寸公差变量初始样本采用拉丁超立方采样方法确定在取值范围内的初始变量。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，第五步中，尺寸公差离散优化模型求解技术，是基于EGO算法确定最大EI函数值。
[0020]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0021]本专利技术采用首次穿越率解析求解技术，可根据多维高斯分布随机过程求解多失效模式下复杂机构系统时变运动失效概率，在单次的计算中给出时变运动失效概率序列，相比于蒙特卡洛方法，无需大量计算样本，有着明显的计算效率优势，这为复杂机构系统级时变运动可靠性分析与评估提供新的理论工具。同时，本专利技术中可直接输出最优尺寸公差设计参数，从而大幅降低制造成本，提高生产质量和生产效率。此外，优化模型的迭代求解算法简单，可操作性强，公差设计方法所针对的对象多样广泛，通用性好。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的基于时变可靠性与EGO算法的多输出复杂机构公差设计方法流程图；
[0023]图2是本专利技术的复杂机构多输出系统示意图；
[0024]图3是本专利技术的多失效模式下穿越事件表示示意图；
[0025]图4是本专利技术的机构系统时变运动可靠性计算流程图。
具体实施方式
[0026]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0027]本专利技术提供的基于时变可靠性与EGO算法的多输出复杂机构公差设计方法，具体包括：
[0028]分析误差影响因素——确定机构失效模式——定义多失效模式下构件运动的输入与输出——构建输入与输出间的数学映射关系——给定复杂机构运动的时间区间，以及各输出角度的安全边界值——建立复杂机构尺寸公差离散优化模型——建立基于上述优化模型的EGO求解算法，合理分配复杂机构尺寸链中各部件的公差。具体实施方式如下：
[0029]第一步：参照图1，根据工程实际经验，采用正交实验方法确定复杂机构中误差产生的主要影响因素，分析关键机构尺寸公差，并确定机构的失效模式；
[0030]第二步：参照图1与图2，定义多失效模式下构件运动的输入与输出，依据构件位姿变换和环路信息，构建失效模式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于时变可靠性与EGO算法的多输出复杂机构公差设计方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：分析复杂机构中误差产生的主要影响因素并确定失效模式；第二步：定义多失效模式下构件运动的输入与输出，构建失效模式与关键误差变量之间的数学映射关系；第三步：给定复杂机构运动的时间区间，以及各输出角度的安全边界值；第四步：建立既能满足机构时变运动可靠性又能降低制造成本的复杂机构尺寸公差离散优化模型；第五步：以EGO算法为基础，构建复杂机构尺寸公差离散优化模型求解技术，进行参数的迭代优化，经计算得到最优的关键尺寸公差设计值。2.根据权利要求1所述的基于时变可靠性与EGO算法的多输出复杂机构公差设计方法，其特征在于，第一步中，根据工程实际经验，采用正交实验方法确定复杂机构中误差产生的主要影响因素，分析关键机构尺寸公差，并确定机构的失效模式。3.根据权利要求1所述的基于时变可靠性与EGO算法的多输出复杂机构公差设计方法，其特征在于，第二步中，定义多失效模式下构件运动的输入与输出，依据构件位姿变换和环路信息，构建失效模式与关键误差变量之间的动力学或运动学模型，得到相互映射关系。4.根据权利要求1所述的基于时变可靠性与EGO算法的多输出复杂机构公差...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵强强，段金燕，朱梁飞，张进华，洪军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：