基于MATLAB的六连杆打纬机构优化设计及仿真.pdf
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1、第2 7 卷第3 期 2 0 0 6 年3 月 纺织学报 J o u m a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 7N o 3 M a r 2 0 0 6 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 6 ) 0 3 0 0 4 0 0 3 基于M A T L A B 的六连杆打纬机构优化设计及仿真 马世平 ( 浙江师范大学电气自动化研究中心,浙江金华3 2 1 0 0 4 ) 摘要提出一种利用工具软件对织机六连杆打纬机构进行优化设计及运动仿真的新方法。介绍了M A T L A B 软 件工具箱中处理这类优化设计的函数,建立了含有8 个
2、独立变量的数学模型并求解;利用优化后的结果在A D A M S 软件中构建仿真模型,通过仿真得到期望的运动特性。 关键词打纬机构;六连杆;优化设计;仿真;M A T L A B ;A D A M S 中图分类号:T S l 0 3 1 3 5 文献标识码:A O p t i m a ld e s i g na n ds i m u l a t i o no n6 - l i n kb e a t i n gc o n s t r u c t i o nb a s e do nM A T L A B M AS h i p i n g ( R e s e a r c hC e n t e ro f
3、E l e c t r i c a lA u t o m a t i o n ,Z h e j i a n gN o r m a lU n i v e r s i t y ,J i n h u a ,Z h e j i a n g3 2 1 0 0 4 ,C h i n a ) A b s t r a c tT h i sp a p e rp r e s e n t san e wm e t h o df o rp e r f o r m i n go p t i m a ld e s i g na n dk i n e m a t i c a ls i m u l a t i o no na
4、6 一 l i n kb e a t i n gc o n s t r u c t i o nw i t ht o o ls o f t w a r e F i r s t ,t h eo p t i m i z a t i o nf u n c t i o ni nM A T L A Bt o o l b o xi si n t r o d u c e d , a n dam a t h e m a t i c a lm o d e lc o n t a i n i n ge i g h ti n d e p e n d e n tv a r i a b l e si sb u i l ta
5、 n ds o l v e d T h e n ,as i m u l a t i o nm o d e l i sc o n s t r u c t e di nA D A M Su s i n gt h eo p t i m a ld e s i g n ,a n dt h ee x p e c t e dk i n e m a t i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa r ea c h i e v e d K e yw o r d sb e a t i n gc o n s t r u c t i o n ;6 - l i n k ;o p t i
6、m a ld e s i g n ;s i m u l a t i o n ;M A T L A B ;A D A M S 一般认为,理想的打纬机构是共轭凸轮打纬机 构,因为它使引纬和打纬相互分离,并且能够长时间 的绝对静止。然而,凸轮机构虽然设计容易,但是制 造困难而且成本高。六连杆打纬机构经合理设计, 既能保证筘座在打纬后心位置附近有较长的停顿时 间又具有良好的机构动态性能,因此用连杆机构取 代凸轮机构一直是老机改造和简易无梭织机开发中 的重要课题 。六连杆打纬机构的设计精度要求 较高,作图法和实验法不能满足设计精度,误差很 大;而且设计周期较长,不能满足现代产品开发的 要求。 优化设计为
7、上述问题的解决提供了一条有效途 径,它是以数学规划为理论基础,以计算机为工具寻 求最佳设计方案的现代设计方法之一。给定的载荷 或环境条件下,在对产品的几何尺寸或其它因素的 限制范围内选取设计变量,建立目标函数并使其获 得最优值的一种新的设计方法。本文首先介绍了 M A T L A B 优化工具箱在织机六连杆打纬机构设计中 的应用,为了方便快速地验证设计结果是否满足工 艺要求,利用机械系统动力学仿真分析软件A D A M S 对其进行了仿真分析。 1多变量约束优化算法及模型 连杆机构的优化设计多数是多变量非线性约束 最小化问题。早期的方法通常是通过构造惩罚函数 来将有约束的最优化问题转化为无约束
8、最优化问题 进行求解。现在,这些方法已经被更有效的基于 K u h n T u c k e r ( K T ) 方程解的方法所取代。K T 方程 是有约束最优化问题求解的必要条件,是非线性规 划算法的基础,这些算法直接计算拉格朗日乘子。 通过拟牛顿法更新过程,给K T 方程积累二阶信息, 可以保证有约束拟牛顿法的线性收敛。这些方法称 为序列二次规划法( S Q P 法) ,因为在每次主要的迭 代中都求解1 次二次规划问题。 目前,已有很多成熟的优化程序可供选择,但它 收稿日期:2 0 0 5 0 3 2 2 修回日期:2 0 0 5 0 6 2 2 作者简介:马世平( 1 9 6 1 一) ,
9、男,汉,副教授,学士。主要研究领域为机械设计及制造自动化。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第3 期马世平:基于M A T L A B 的六连杆打纬机构优化设计及仿真【4 1 】 们都有各自的特点和适用范围,实际应用时必须注 意因为优化方法或初始参数的选择而带来的收敛性 问题。M A T L A B 的优化工具箱选用最佳方法求解, 初始参数输入简单,语法符合工程设计语言要求,编 程工作量小,算法可靠,能够显著提高设计效率。 M A T L A B
10、中S Q P 法的实现主要分3 步:拉格朗日函 数H e s s i a n 矩阵的更新、二次规划问题求解以及一维 搜索和目标函数的计算。 非线性多变量约束优化问题可做如下描述b 1 : m i n f ( 戈) s t :A x b ( 线性不等式约束) A 。z = b 。( 线性等式约束) C ( z ) 0 ( 非线性不等式约束) C 。( z ) = 0 ( 非线性等式约束) 三b 0 。d z U b 0 。d 在M A T L A B 中调用f m i n c o n 函数实现求解非线 性多变量约束优化问题。f m i n c o n 函数的调用格式 如下: x o p t ,f
11、 x o p t = f m i n c o n ( U s e r F u n c t i o n ,x 0 ,A ,b , A E Q ,b E Q ,L B n d ,U B n d ,N o n L i n C o n s t r ,o p t i o n s ,p l , p 2 ,) 。其中,x o p t 为最优解向量;f x o p t 和 U s e r F u n c t i o n 为目标函数的函数文件名;x 0 为变量向 量的初始值;矩阵A 和向量b 为线性不等式约束方 程的系数;矩阵A E Q 和向量b E Q 为线性等式约束方 程的系数;L B n d 和U B n
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