發(fā)布時(shí)間：2017-10-28 03:26

  本文關(guān)鍵詞：基于響應(yīng)面法的微操作平臺設(shè)計(jì)與性能綜合

  更多相關(guān)文章： 微操作平臺 響應(yīng)面法 多目標(biāo)優(yōu)化 可靠性穩(wěn)健 解耦性

【摘要】：微操作平臺廣泛應(yīng)用于生物工程、醫(yī)療科學(xué)、微機(jī)械制造、航空航天等前沿領(lǐng)域,設(shè)計(jì)具有操作空間大、響應(yīng)速度快、運(yùn)動精度高、穩(wěn)健的微操作平臺具有重要的理論和實(shí)際意義。如何建立精確反映微操作平臺性能的模型及性能綜合是微操作平臺研究面臨的關(guān)鍵問題。本文基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)面法對1維和3維微操作平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)和性能綜合,主要內(nèi)容如下:根據(jù)差動式杠杠放大原理設(shè)計(jì)一種新型的對稱式微操作平臺,平臺具有結(jié)構(gòu)緊湊、放大倍數(shù)大、固有頻率和運(yùn)動精度高等特點(diǎn)。提出了一種基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的微操作平臺設(shè)計(jì)思路,首先,采用拉丁超立方抽樣技術(shù)對平臺的位移放大倍數(shù)、固有頻率和運(yùn)動精度與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析,分別得出對性能指標(biāo)影響較大的結(jié)構(gòu)參數(shù);然后,利用中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)曲面法建立能準(zhǔn)確反映各性能指標(biāo)和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)之間關(guān)系的模型;最后,分別以各性能指標(biāo)為目標(biāo),逐步確定平臺的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)。采用有限元方法驗(yàn)證了所提出的設(shè)計(jì)思路是行之有效的。提出一種基于響應(yīng)面法的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。首先,采用篩選實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法確定設(shè)計(jì)變量。然后,采用中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法得到仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù),建立反映平臺性能指標(biāo)的二階多項(xiàng)式響應(yīng)面模型,并通過評價(jià)指標(biāo)2R和2adjR說明了所建立的響應(yīng)面模型的高擬合度和準(zhǔn)確性,為平臺的多目標(biāo)優(yōu)化提供了精確的理論模型。最后,以平臺的位移放大倍數(shù)和固有頻率為目標(biāo)、強(qiáng)度為約束,采用多目標(biāo)遺傳算法對其進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明了該方法是有效的�？紤]微操作平臺結(jié)構(gòu)參數(shù)的隨機(jī)波動,提出一種基于6σ穩(wěn)健設(shè)計(jì)思想和響應(yīng)面法的可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)思路。以平臺位移放大倍數(shù)、固有頻率和可靠度靈敏度的穩(wěn)健性作為目標(biāo),以平臺可靠度作為約束,對微操作平臺進(jìn)行優(yōu)化。將穩(wěn)健優(yōu)化結(jié)果和確定性優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行比較分析可知,相對于確定性優(yōu)化,可靠穩(wěn)健優(yōu)化的平臺位移放大倍數(shù)和固有頻率的方差減小但均值有所變差,同時(shí)可靠度由確定性優(yōu)化的58.36%提高到1,實(shí)現(xiàn)了平臺可靠性穩(wěn)健優(yōu)化的設(shè)計(jì)要求。將1維微操作平臺分別與Pr平行四桿機(jī)構(gòu)和Ps導(dǎo)向機(jī)構(gòu)相結(jié)合,設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)3自由度空間平移的3-PPr和3-PPs空間微操作平臺,平臺具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作空間大和解耦性好的優(yōu)點(diǎn)。提出了一種反映耦合性的指標(biāo),基于響應(yīng)面法,以平臺解耦性為目標(biāo),采用序列二次規(guī)劃法對兩種微操作平臺進(jìn)行優(yōu)化,優(yōu)化結(jié)果表明所設(shè)計(jì)兩種平臺具有良好的解耦性。對所設(shè)計(jì)的3-PPr和3-PPs微操作平臺的靜動態(tài)性能進(jìn)行比較分析可知,3-PPs微操作平臺的柔度、解耦性、位移靈敏度等性能優(yōu)于3-PPr平臺,但是,3-PPr平臺具有更大的操作空間和固有頻率。
【關(guān)鍵詞】：微操作平臺 響應(yīng)面法 多目標(biāo)優(yōu)化 可靠性穩(wěn)健 解耦性
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH122
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 研究的背景及意義9-10
• 1.2 微操作平臺的研究現(xiàn)狀10-17
• 1.2.1 微操作平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10-13
• 1.2.2 微操作平臺性能分析13-16
• 1.2.3 微操作平臺性能綜合16-17
• 1.3 主要研究內(nèi)容17-19
• 第二章 基于響應(yīng)面法的一種新型微操作平臺的設(shè)計(jì)19-34
• 2.1 引言19-20
• 2.2 微操作平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)20-23
• 2.2.1 平臺的設(shè)計(jì)原理20-21
• 2.2.2 平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21-22
• 2.2.3 平臺材料的選擇22-23
• 2.3 微操作平臺參數(shù)設(shè)計(jì)23-33
• 2.3.1 參數(shù)對性能指標(biāo)影響分析23-25
• 2.3.2 響應(yīng)面模型的建立25-27
• 2.3.3 結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的確定27-33
• 2.4 結(jié)論33-34
• 第三章 微操作平臺的靜動態(tài)性能多目標(biāo)優(yōu)化34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 基于響應(yīng)面法的優(yōu)化流程34-35
• 3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的選擇35-38
• 3.4 建立響應(yīng)面模型38-41
• 3.5 靈敏度分析41-43
• 3.6 基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化43-45
• 3.7 結(jié)論45-46
• 第四章 微操作平臺的可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)46-58
• 4.1 引言46
• 4.2 可靠性穩(wěn)健優(yōu)化流程46-47
• 4.3 隨機(jī)波動參數(shù)的確定47-48
• 4.4 建立穩(wěn)健優(yōu)化模型48-55
• 4.4.1 平臺可靠度48-50
• 4.4.2 平臺可靠度靈敏度模型及其均值方差50-51
• 4.4.3 平臺性能指標(biāo)均值及方差51-52
• 4.4.4 穩(wěn)健優(yōu)化模型52-55
• 4.5 平臺實(shí)物55-57
• 4.6 結(jié)論57-58
• 第五章 具有解耦性能的3維平動微操作平臺設(shè)計(jì)58-72
• 5.1 引言58
• 5.2 兩種新型空間微操作平臺的結(jié)構(gòu)58-60
• 5.3 兩種微操作平臺的性能優(yōu)化60-67
• 5.3.1 平臺優(yōu)化目標(biāo)的確定60-65
• 5.3.2 微操作平臺的優(yōu)化65-67
• 5.4 兩種空間微操作平臺性能分析對比67-71
• 5.4.1 柔度分析67-68
• 5.4.2 運(yùn)動學(xué)分析68
• 5.4.3 靈敏度分析68-70
• 5.4.4 應(yīng)力分析70-71
• 5.4.5 動態(tài)特性分析71
• 5.5 結(jié)論71-72
• 第六章 總結(jié)與展望72-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 致謝78-79
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果79-80

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