計(jì)算機(jī)繪圖機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)(文件)
【正文】 編寫(xiě)人：全臘珍 《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)陶棟材 吳明亮 編湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院實(shí)驗(yàn)規(guī)則1．上實(shí)驗(yàn)課前，學(xué)生必須復(fù)習(xí)教科書(shū)有關(guān)章節(jié)，預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)。有特殊原因必須請(qǐng)假。5．學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，必須獨(dú)立思考、認(rèn)真進(jìn)行編程調(diào)試，不得馬虎從事，不得抄襲別人的程序。因而要求同學(xué)有較好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，尤其高等數(shù)學(xué)和線(xiàn)性代數(shù)能運(yùn)用自如，能理解最優(yōu)化計(jì)算方法的基本原理；有較好的力學(xué)基礎(chǔ)和機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，能建立簡(jiǎn)單的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型；有較好的計(jì)算機(jī)知識(shí)基礎(chǔ)，精通一門(mén)高級(jí)編程語(yǔ)言，能上機(jī)編制程序。 掌握幾種常用的最優(yōu)化計(jì)算方法。（本書(shū)以Visual Basic 為基礎(chǔ)進(jìn)行上機(jī)指導(dǎo)）計(jì)算機(jī)各一臺(tái)。運(yùn)行所編制的優(yōu)化方法程序，得出考核題的答案。理解掌握黃金分割法的基本原理及程序框圖，能編黃金分割法程序求解考核題的最優(yōu)解。了解本次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，熟悉外推法確定搜索區(qū)間的基本原理、算法步驟，如圖1所示；熟悉黃金分割法求函數(shù)最優(yōu)點(diǎn)的基本思路。2) 定義函數(shù)和變量數(shù)據(jù)類(lèi)型。如圖5所示。圖3 外推法和黃金分割法的工作界面 圖4 外推法和黃金分割法的程序框圖 圖5 外推法和黃金分割法的運(yùn)行結(jié)果二） 二次插值法程序的編制和解題一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫庹莆斩尾逯捣ǖ幕驹砑俺绦蚩驁D，能編二次插值法程序求解考核題的最優(yōu)解。如果區(qū)間長(zhǎng)度| a3－a1 |足夠小，則由| ap － a* | | a3 － a1 |便得出我們所要求的近似極小點(diǎn)a* 187。1) 建立可操作性的頁(yè)面及其各控件屬性。程序框圖如圖8所示。當(dāng)場(chǎng)作出實(shí)驗(yàn)口頭報(bào)告。了解本次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，熟悉最速下降法求函數(shù)最優(yōu)點(diǎn)的基本思路（如圖10所示）。例：如圖11所示。4) 運(yùn)行調(diào)試，輸出運(yùn)行結(jié)果。可進(jìn)一步優(yōu)化工作界面或程序，使它具有通用性。第一個(gè)搜索方向取x0點(diǎn)的負(fù)梯度－g0 ，即 d 0＝－ g0，然后沿著 這些共軛方向一直搜索下去，直到最后迭代點(diǎn)處梯度的模小于給定允許值為止。例：如圖15所示。4) 運(yùn)行調(diào)試，輸出運(yùn)行結(jié)果?？蛇M(jìn)一步優(yōu)化工作界面或程序，使它具有通用性。這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法試湊盲目、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)結(jié)果難以最優(yōu)。一般設(shè)計(jì)問(wèn)題已知條件為傳遞功率，小鏈輪的轉(zhuǎn)速，鏈傳動(dòng)比，原動(dòng)機(jī)或工作機(jī)的工作情況系數(shù)，若以單列鏈為基礎(chǔ)，則鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)變量為：小鏈輪齒數(shù)，鏈節(jié)距，中心鏈節(jié)數(shù)。原有設(shè)計(jì)方案用三排鏈，鏈節(jié)距，中心距，小鏈輪。可進(jìn)一步優(yōu)化工作界面或程序，使它具有通用性。其數(shù)學(xué)模型為：建議采用內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法，選用，計(jì)算結(jié)果為：。為了在已知條件下充分發(fā)揮鏈的最佳傳動(dòng)能力，以單列鏈傳動(dòng)功率最大或以鏈的列數(shù)最少為尋優(yōu)目標(biāo)函數(shù)，即： 或 小鏈輪齒數(shù)的限制： 鏈節(jié)距的限制：中心距的限制：鏈速的限制：電動(dòng)機(jī)通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)運(yùn)輸機(jī)，傳動(dòng)功率,電機(jī)轉(zhuǎn)速，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速。鏈傳動(dòng)的基本設(shè)計(jì)公式為： kW式中 ：鏈的列數(shù)； ：特定條件下單列鏈傳遞的功率，kW； ：鏈傳動(dòng)的額定功率，kW； ：工作情況系數(shù)； ：小齒輪齒數(shù)系數(shù)； ：中心距系數(shù)； ：傳動(dòng)比系數(shù)； ：多列鏈系數(shù)。（斜齒）減速箱的最優(yōu)化設(shè)計(jì)三 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) 以鏈傳動(dòng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)為例，簡(jiǎn)要闡述機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過(guò)程以及實(shí)驗(yàn)步驟。四、實(shí)驗(yàn)分析與實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果是否正確，得到的優(yōu)化值是否與理論值相符合。3) 根據(jù)程序框圖編制程序。 圖14 共軛梯度法的幾何說(shuō)明編制共軛梯度法程序。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編程用共軛梯度法求y=sin(x1)+cos(x1)+sin(x2)+cos(x2)+sin(x1)*cos(x2)的最優(yōu)解四、實(shí)驗(yàn)步驟及程序框圖作好上機(jī)時(shí)的準(zhǔn)備工作。四、實(shí)驗(yàn)分析與實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果是否正確，得到的優(yōu)化值是否與理論值相符合。3) 根據(jù)程序框圖編制程序。
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