基于Matlab的四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介.pdf

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1、第23卷第1期2010年1月機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)崖與刨新Development＆InnovationofMachinery＆Ele(’tricalProductsV01．23．No．1Jan．，2010文章編號(hào)：1002—6673(2010)Ol一088—02基于Matlab的四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介李建霞。王良才(空軍第一航空學(xué)院，河南信陽(yáng)464000)摘要：介紹了Madab優(yōu)化工具箱的使用方法和在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。通過(guò)分析，建立了四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，并用Matlab優(yōu)化工具箱實(shí)現(xiàn)了四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出了MATLAB進(jìn)行機(jī)械優(yōu)化設(shè)

2、計(jì)的一般方法和步驟。關(guān)鍵詞：Matlab；四桿機(jī)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)中圖分類(lèi)號(hào)：TP312文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10．3969／j．issn．1002-6673．2010．01．037TheOptimizationDesignoftheFour-linkMechanismBasedonMatlabLIJian-X缸．WANGLiang-Cai(TheFirstAeronauticInstituteofAirForce，XinyangHenan464000，China)Abstract：Theusingmethodandtheusageint

3、hemechanicaloptimizeddesignoftheMATLABoptimizationtoolboxisstudiedinthisarti—de．Throughanalysing，themathematicalmodelofthefour—hnkmechamsmoptimizeddesignisestablished，andthefour—linkmechanismop—timizeddesignisrealizedbytheMatlaboptimizationtoolbox，Themethodandthestepof

4、themechanicaloptimizeddesignalesetup．Keywords：Madab；thefour—linkmechanism；optimizeddesign0引言Matlab語(yǔ)言是一種非常強(qiáng)大的工程計(jì)算語(yǔ)言。提供了非常豐富的Matlab優(yōu)化工具箱。其優(yōu)化T具箱有許多常用的優(yōu)化算法，廣泛應(yīng)用于線性規(guī)劃、二次規(guī)劃、非線性優(yōu)化、最小二乘法問(wèn)題、非線性方程求解、多目標(biāo)決策等問(wèn)題．其函數(shù)表達(dá)簡(jiǎn)潔，優(yōu)化箅法選擇靈活，參數(shù)設(shè)置自由．相比于其它很多成熟的優(yōu)化程序具有明顯的優(yōu)越性。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論發(fā)展基礎(chǔ)上產(chǎn)生的

5、一種新的設(shè)計(jì)方法，在機(jī)械零部件設(shè)計(jì)中取得了廣泛的應(yīng)用。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是在進(jìn)行某種機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)：時(shí)，根據(jù)規(guī)定的約束條件，優(yōu)選設(shè)計(jì)參數(shù)，使某項(xiàng)或幾l項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)獲得最優(yōu)值。在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)。首先要建立工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，然后按照數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)選擇優(yōu)化方法及其計(jì)算程序。求得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。1四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型四桿機(jī)構(gòu)是機(jī)械傳動(dòng)的重要組成部分。設(shè)計(jì)四桿機(jī)薰要H弗：1鼻：2主00喜9-妻1舞1-甚06囂?蘭星盒二教,Lt翥≥蓑從20鬻l作者簡(jiǎn)介：李建霞，女，河南信陽(yáng)人，教授。主要從事計(jì)算f機(jī)輔助設(shè)計(jì)教學(xué)與研究工作。已發(fā)表核期刊論文余篇；

6、I王良才，男，山東濟(jì)南人，副教授。主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)：與研究工作。已發(fā)表核心期刊論文10余篇。88構(gòu)通常使用作圖法與實(shí)驗(yàn)法，這兩種方法簡(jiǎn)單易行，但誤差較大，運(yùn)用解析法，能獲得所要求的精度。然而用人工進(jìn)行，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是一項(xiàng)繁瑣、冗長(zhǎng)的工作，甚至可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。采用Matlab優(yōu)化工具箱對(duì)四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅參數(shù)輸入簡(jiǎn)單，而且編程T作量小，可更快捷準(zhǔn)確地達(dá)到設(shè)計(jì)要求。四桿機(jī)構(gòu)種類(lèi)很多，這里只以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例說(shuō)明四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。Matlab優(yōu)化工具箱是一套功能強(qiáng)大的工程計(jì)算軟件。集數(shù)值計(jì)算、符號(hào)運(yùn)算、可視化建模、仿真和圖形

7、處理等多種功能于一體，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等工程領(lǐng)域。用Matlab優(yōu)化工具箱解決工程實(shí)際問(wèn)題可概括為以下過(guò)程：①根據(jù)所提出的問(wèn)題建立最優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，確定變量，列出約束條件和目標(biāo)函數(shù)；②分析建立的數(shù)學(xué)模型，選擇合適的最優(yōu)化方法。調(diào)用相應(yīng)的優(yōu)化工具箱函數(shù)；③完成優(yōu)化計(jì)算，分析優(yōu)化結(jié)果。其中的關(guān)鍵問(wèn)題是建立數(shù)學(xué)模型，它將直接決定優(yōu)化結(jié)果的成功與否。2實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立2．1設(shè)計(jì)變量的確定以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例說(shuō)明四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立方法?！ぶ圃鞓I(yè)信息化·當(dāng)曲柄Z，作等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，要求搖

8、桿f，按已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律xIr。(‘P)運(yùn)動(dòng)。各桿長(zhǎng)度及曲柄的初始位置角為設(shè)計(jì)變量．即：x=【xlx2x3XaXS]1三Ⅳ1如如z4‘P0】T在計(jì)算時(shí)常取Z。=1，其它桿長(zhǎng)按比例取為Z，的倍數(shù)。曲柄及搖桿f3的初始位置角都是桿長(zhǎng)的函數(shù)，只