機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)作業(yè)

1、合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)課程實(shí)踐研究報(bào)告班 級(jí)： 機(jī)設(shè)12-6班 學(xué) 號(hào)： 2012216281 姓 名： 丁雷鳴 授課老師： 王衛(wèi)榮 日 期： 2015年 11月 10 日 目 錄1、 =0.618的證明12、 一維搜索程序作業(yè)1（1）例1程序文本1（2）例1輸出結(jié)果截圖2（1）例2程序文本2（2）例2輸出結(jié)果截圖3三、單位矩陣程序作業(yè)4（1）程序文本4（2）輸出結(jié)果截圖4四、連桿機(jī)構(gòu)問(wèn)題6（1）目標(biāo)函數(shù)6（2）約束條件7（3）選擇方法7（4）程序文本7（5）數(shù)據(jù)輸入截圖8 （6）輸出結(jié)果9 5、 自行選擇小型機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題或其他工程優(yōu)化問(wèn)題10（1）設(shè)計(jì)變量10（2）目標(biāo)函數(shù)10（3）約束條

2、件10（4）程序文本10（5）數(shù)據(jù)輸入截圖11 （6）輸出數(shù)據(jù)11 六、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)課程實(shí)踐心得體會(huì) 131一、=0.618的證明在實(shí)際計(jì)算中，最常用的一維搜索方法是黃金分割法。黃金分割法是建立在區(qū)間消去法原理基礎(chǔ)上的試探方法，即在搜索區(qū)間內(nèi)適當(dāng)插入兩點(diǎn)，。并且計(jì)算其函數(shù)值。黃金分割法要求插入點(diǎn)，的位置相對(duì)于區(qū)間兩端點(diǎn)具有對(duì)稱性，即、其中為待定常數(shù)。除對(duì)稱要求外，黃金分割法還要求保留下來(lái)的區(qū)間內(nèi)再再插入一點(diǎn)，所形成的區(qū)間新三段與原來(lái)的區(qū)間三段具有相同的比例分布。設(shè)原區(qū)間長(zhǎng)度為1，保留下來(lái)的區(qū)間長(zhǎng)度為，區(qū)間縮短率為。為了保持想相同的比例分布，新插入點(diǎn)應(yīng)該在位置上，在原區(qū)間的1-位置應(yīng)該相當(dāng)于在保

3、留區(qū)間的位置。故有取方程正數(shù)解，得二、一維搜索程序作業(yè)例1、a=0,b=,f(x)=cosx （1）例1程序文本#includeincludevoid main ()float a,b,c=0.618,aa3,y3,d;scanf(“%f,%f,%f”,&a,&b,&d):aa1=b-c*(b-a);aa2=a+c*(b-a);y1=cos(aa1);y2=cos(aa2);doif（y1y2）a=aa1;aa1=aa2;y1=y2;aa2=a+c*(b-a);elseb=aa2;aa2=aa1;y2=y1;aa1=b-c*(b-a);y1=cos(aa1);while(fabs(b-a)/b

4、d);aa0=(a+b)/2;y0=cos(aa0);printf(“a=%fn”,aa0);printf(“y=%fn”,y0);（2）例1輸出結(jié)果截圖：輸入a=0,b=2,精度d=0.000001,輸出極小值點(diǎn)和函數(shù)極小值如下：例2、a=0,b=10,f(x)=(x-2)+3（3）例2、程序文本#include#includevoid main() float a,b,c=0.618,aa3,y3,d; scanf(%f,%f,%f,&a,&b,&d); aa1=b-c*(b-a); aa2=a+c*(b-a); y1=(aa1-2)*(aa1-2)+3; y2=(aa2-2)*(aa2-

5、2)+3; do if(y1y2) a=aa1;aa1=aa2;y1=y2; aa2=a+c*(b-a); y2=(aa2-2)*(aa2-2)+3; else b=aa2;aa2=aa1;y2=y1; aa1=b-c*(b-a); y1=(aa1-2)*(aa1-2)+3; while(fabs(b-a)/b)d); aa0=(a+b)/2; y0=(aa0-2)*(aa0-2)+3; printf(a*=%fn,aa0); printf(y=%fn,y0); （4）例2輸出結(jié)果截圖：輸入a=0,b=10,精度d=0.000001，輸入極小值點(diǎn)和函數(shù)極小值如下：三、單位矩陣程序作業(yè)作業(yè)：編寫

6、生成單位矩陣的程序。要求：通用、輸出美觀、語(yǔ)言少為佳。（1）程序文本#includevoid main (void)#define m 500int i,j,n,amm; printf(please input a number);scanf(%d,&n);for(i=1;i=n;i+) for(j=1;j=n;j+) if(i=j) aij=1; else aij=0; printf(%d,aij); printf(n); （2）輸出結(jié)果截圖：當(dāng)n=4時(shí)，輸出結(jié)果如下：當(dāng)n=12時(shí)，輸出結(jié)果如下：四、連桿機(jī)構(gòu)問(wèn)題設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，要求曲柄從轉(zhuǎn)到=+時(shí)，搖桿的轉(zhuǎn)角最佳再現(xiàn)已知的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：=+

7、且已知=1，=5，為極位角,其傳動(dòng)角允許在40范圍內(nèi)變化。設(shè)計(jì)變量該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如上圖所示。在這個(gè)問(wèn)題中，已知=1，=5且和不是獨(dú)立參數(shù)，它們可由下式求出：=arccos=arccos所以還問(wèn)題只有兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)和，因此設(shè)計(jì)變量為x=（1）目標(biāo)函數(shù)將輸入角分成30等分，并用近似公式計(jì)算，可得目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式f(x)=式中當(dāng)時(shí)的機(jī)構(gòu)實(shí)際輸出角，其計(jì)算公式為=式中=arccos=arccos= arccos=arccos=為當(dāng)時(shí)的理想輸出角，其值由下式計(jì)算=+（2）約束條件 平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)常用的約束條件有曲柄存在條件和傳動(dòng)角條件。由此得約束條件為、（3）選擇方法采用懲罰函數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。（4）程序

8、文本procedure ffx; /目標(biāo)函數(shù)var p0,q0,p,ri,a,b,q,qi,k :real; i:integer ;begin with form1.sumt do begin p0:=arccos(sqr(1.0+x1)-x2*x2+25.0)/(10.0*(1.0+x1); q0:=arccos(sqr(1.0+x1)-x2*x2-25.0)/(10.0*x2); k:=90.0/30.0*(3.1415926/180.0); fx:=0;for i:=0 to 30 do;beginp:=i*k+p0;qi:=q0+2.0*sqr(p-p0)/(3.0*3.1415926

9、);ri:=sqrt(26.0-10.0*cos(p);a:=arccos(ri*ri+x2*x2-x1*x1)/(2.0*ri*x2);b:=arccos(ri*ri+24.0)/(10.0*ri);q:=3.14159-a-b;fx:=fx+sqr(q-qi)*k;end;end;end;procedure ggx; /約束函數(shù)begin with form1.sumt do begin gx1:=-x1; gx2:=-x2; gx3:=6.0-x1-x2; gx4:=x1-x2-4.0; gx5:=x2-x1-4.0; gx6:=x1*x1+x2*x2-1.414*x1*x2-16; g

10、x7:=36-x1*x1-x2*x2-1.414*x1*x2; end;end;procedure hhx;begin with form1.sumt do beging hx1:=hx1; end;end;end.（5）數(shù)據(jù)輸入截圖輸入初始點(diǎn)為（5,5），精度為0.001 （6）輸出結(jié)果五、自行選擇小型機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題或其他工程優(yōu)化問(wèn)題某車間生產(chǎn)甲、乙兩種產(chǎn)品。生產(chǎn)甲種產(chǎn)品每件需要材料9kg、3個(gè)工時(shí)、4kw電，可獲利60元。生產(chǎn)乙種產(chǎn)品每件需材料4kg、10個(gè)工時(shí)、5kw電，可獲利120元。若每天能供應(yīng)材料360kg，有300個(gè)工時(shí)，能供200kw電，問(wèn)每天生產(chǎn)甲、乙兩種產(chǎn)品各多少件，才能夠獲

11、得最大的利潤(rùn)。（1）設(shè)計(jì)變量設(shè)每天生產(chǎn)的甲、乙兩種產(chǎn)品分別為、件。因此設(shè)計(jì)變量為x=（2）目標(biāo)函數(shù)此問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型為f(，)=60+120所以目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式為minf(x)= -60-120（3）約束條件依題意得約束條件為：0、9+4-360（材料約束）3+10-300（工時(shí)約束）4+5-200（電力約束）（4)程序文本procedure ffx; /目標(biāo)函數(shù)begin with form1.hfgd do begin nfx := nfx+1; fx:=-60*x1-120*x2; end;end;procedure ggx; /約束函數(shù)begin with form1.hfgd do b

12、egin gx1:=9*x1+4*x2-360; gx2:=3*x1+10*x2-300; gx3:=4*x1+5*x2-200; gx4:=-x1; gx5:=-x2; end;end;（5）輸入數(shù)據(jù)截圖(6)輸出數(shù)據(jù) 常用優(yōu)化方法 約束隨機(jī)法 一、初始數(shù)據(jù)= 設(shè)計(jì)變量個(gè)數(shù) n = 2 不等式約束個(gè)數(shù) kg = 5 - 隨機(jī)方向個(gè)數(shù) nsr = 6 - 初始步長(zhǎng) t0 = 0.001 收斂精度 eps = 0.0001 - 設(shè)計(jì)變量初始點(diǎn) x0:x1=10x2=10 - 設(shè)計(jì)變量下界 bl:bl1=0bl2=0 - 設(shè)計(jì)變量上界 bu:bu1=100bu2=100 - 初始點(diǎn)目標(biāo)函數(shù)值 f(

13、x0)= -1800 - 初始點(diǎn)處的不等約束函數(shù)值 g(x0):gx1= -2.300000e+02gx2= -1.700000e+02gx3= -1.100000e+02gx4= -1.000000e+01gx5= -1.000000e+01- 二、計(jì)算過(guò)程_數(shù)據(jù)= 設(shè)計(jì)變量迭代點(diǎn) x: 迭代次數(shù) ite = 1x1= 1.000018e+01x2= 1.000088e+01 - 目標(biāo)函數(shù)值 f(x)= -3811.30860498082 - 三、優(yōu)化結(jié)果_數(shù)據(jù)= 迭代次數(shù) ite = 4 目標(biāo)函數(shù)計(jì)算次數(shù) ifx = 125 - 設(shè)計(jì)變量最優(yōu)點(diǎn) x*:x1= 2.113596e+01x2= 2.309058e+01 - 最優(yōu)值 f(x*)= -4039.05576008917 - 最優(yōu)點(diǎn)處的不等約束函數(shù)值 g(x*):gx1= -7.740408e+01gx2= -5.686514e+00gx3= -1.395986e-04gx4= -2.113725e+01gx5= -2.309017e+01- st