計算機繪圖機械優(yōu)化設計實驗指導書(文件)
【正文】 編寫人：全臘珍 《機械優(yōu)化設計》實驗指導書陶棟材 吳明亮 編湖南農(nóng)業(yè)大學工學院實驗規(guī)則1．上實驗課前，學生必須復習教科書有關章節(jié)，預習實驗指導書。有特殊原因必須請假。5．學生在實驗過程中，必須獨立思考、認真進行編程調(diào)試，不得馬虎從事，不得抄襲別人的程序。因而要求同學有較好的數(shù)學基礎，尤其高等數(shù)學和線性代數(shù)能運用自如，能理解最優(yōu)化計算方法的基本原理；有較好的力學基礎和機械設計基礎，能建立簡單的機械優(yōu)化設計數(shù)學模型；有較好的計算機知識基礎，精通一門高級編程語言，能上機編制程序。 掌握幾種常用的最優(yōu)化計算方法。（本書以Visual Basic 為基礎進行上機指導）計算機各一臺。運行所編制的優(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。了解本次實驗的內(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)點的基本思路。2) 定義函數(shù)和變量數(shù)據(jù)類型。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行結果二） 二次插值法程序的編制和解題一、實驗目的理解掌握二次插值法的基本原理及程序框圖，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a* 187。1) 建立可操作性的頁面及其各控件屬性。程序框圖如圖8所示。當場作出實驗口頭報告。了解本次實驗的內(nèi)容，熟悉最速下降法求函數(shù)最優(yōu)點的基本思路（如圖10所示）。例：如圖11所示。4) 運行調(diào)試，輸出運行結果。可進一步優(yōu)化工作界面或程序，使它具有通用性。第一個搜索方向取x0點的負梯度－g0 ，即 d 0＝－ g0，然后沿著 這些共軛方向一直搜索下去，直到最后迭代點處梯度的模小于給定允許值為止。例：如圖15所示。4) 運行調(diào)試，輸出運行結果。可進一步優(yōu)化工作界面或程序，使它具有通用性。這種傳統(tǒng)的設計方法試湊盲目、設計周期長，設計結果難以最優(yōu)。一般設計問題已知條件為傳遞功率，小鏈輪的轉速，鏈傳動比，原動機或工作機的工作情況系數(shù)，若以單列鏈為基礎，則鏈傳動的設計變量為：小鏈輪齒數(shù)，鏈節(jié)距，中心鏈節(jié)數(shù)。原有設計方案用三排鏈，鏈節(jié)距，中心距，小鏈輪?？蛇M一步優(yōu)化工作界面或程序，使它具有通用性。其數(shù)學模型為：建議采用內(nèi)點懲罰函數(shù)法，選用，計算結果為：。為了在已知條件下充分發(fā)揮鏈的最佳傳動能力，以單列鏈傳動功率最大或以鏈的列數(shù)最少為尋優(yōu)目標函數(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：電動機通過鏈傳動帶動運輸機，傳動功率,電機轉速，從動輪轉速。鏈傳動的基本設計公式為： 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)； ：傳動比系數(shù)； ：多列鏈系數(shù)。（斜齒）減速箱的最優(yōu)化設計三 實驗指導 以鏈傳動的最優(yōu)化設計為例，簡要闡述機械優(yōu)化設計的一般過程以及實驗步驟。四、實驗分析與實驗報告分析實驗運行結果是否正確，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明編制共軛梯度法程序。二、實驗內(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、實驗步驟及程序框圖作好上機時的準備工作。四、實驗分析與實驗報告分析實驗運行結果是否正確，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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