概率约束评估的功能度量法的混沌控制

功能度量法是基于可靠度的结构优化设计中评估概率约束的一种方法,其改进均值(AMV)迭代格式具有简洁、高效的优点,但对一些非线性功能函数搜索最小功能目标点时可能陷入周期振荡或混沌解,本文利用混沌反馈控制的稳定转换法对功能度量法的AMV迭代格式实施收敛控制.首先展示一些功能函数应用功能度量法AMV格式迭代计算产生了周期解和混沌解现象,并对迭代算法进行了混沌动力学分析.然后利用稳定转换法对功能度量法迭代失败的参数区间进行混沌控制,使嵌入周期和混沌轨道的不稳定不动点稳定化,获得了稳定收敛解,实现了迭代解的周期振荡、分岔和混沌控制.     

概率功能度量求解的共轭梯度步长调节法

功能度量法(PMA)由于其稳定高效的特点,适用于概率结构优化设计中概率约束的评定。PMA中改进均值法常用于求解概率功能度量,针对其求解高度非线性功能函数时出现周期振荡和混沌等不收敛现象,提出了一种新的共轭梯度步长调节法(CGS)。该方法基于RMIL共轭搜索方向和自适应步长调节策略提出,新的共轭搜索方向在保证收敛性的前提下加速了迭代进程,而自适应步长调节策略无需了解功能函数凹凸性及非线性程度等先验信息,无需确定步长的合适取值。通过限定步长准则自动选取初始步长,并随迭代过程不断调节,直至最终收敛。多个算例表明,与其他求解方法相比,本文的共轭梯度步长调节法更加高效且稳健。     

结构可靠度分析FORM迭代算法的混沌控制

利用混沌控制原理对FORM收敛失败进行控制. 理清了全局性和局部性两类混沌反馈 控制各种方法的内在联系,说明稳定转换法和自适应调节法属于全局混沌反馈控制 方法,自适应调节法可视为稳定转换法的特例. 参 数调节混合法不过是松弛牛顿法的另一种表达形式,它们都属于局部混沌反馈控制方法. 阐 明了混沌反馈控制表达式与工程力学收敛控制迭代算法的对应关系. 也揭示了这些迭代算法 收敛控制措施的功效和局限性. 提出了一个以稳定转换法为主联合松弛牛顿法的混 沌反馈控制方法,对可靠度分析FORM迭代算法实现了周期振荡、分岔和混沌控制.     

非线性规划的序列单纯形解法及其应用

本文提出的非线性规划的序列单纯形解法SST克服了序列线性规划SLP解法和序列二次规划SQP解法的不足,它的特点是:①每做一次约束近似对应进行多次目标一阶近似下的线性规划求解,②把每次线性规划的最优点作为下次线性规划的初始基本可行解:③相邻两次线性规划之间进行一维搜索。为实现上述算法,对单纯形法进行了改造,并以二次规划为例,编制了SST方法的程序,较之Lemke算法,该法的矩阵存储量小,迭代次数少。该方法的优点是:(1)处理非线性规划问题较之SQP方法计算量小,而接近SLP的计算量;(2)避免了SLP方法有时迭代振荡的弱点,收敛稳定。     

基于IGA-SIMP法的连续体结构应力约束拓扑优化

建立了一种IGA-SIMP框架下的连续体结构应力约束拓扑优化方法。基于常用的SIMP模型,将非均匀有理B样条（NURBS）函数用于几何建模、结构分析和设计参数化,实现了结构分析和优化设计的集成统一。利用高阶连续的NURBS基函数,等几何分析（IGA）提高了结构应力及其灵敏度的计算精度,增加了拓扑优化结果的可信性。为处理大量局部应力约束,提出了基于稳定转换法修正的P-norm应力约束策略,以克服拓扑优化中的迭代振荡和收敛困难。通过几个典型平面应力问题的拓扑优化算例表明了本文方法的有效性和精确性。应力约束下的体积最小化设计以及体积和应力约束下的柔顺度最小化设计的算例表明,基于稳定转换法修正的约束策略可以抑制应力约束体积最小化设计中的迭代振荡现象,获得稳定收敛的优化解;比较而言,体积和应力约束下的柔顺度最小化设计的迭代过程更加稳健,适合采用精确修正的应力约束策略。     

基于IGA-SIMP法的连续体结构应力约束拓扑优化

建立了一种IGA-SIMP框架下的连续体结构应力约束拓扑优化方法。基于常用的SIMP模型,将非均匀有理B样条(NURBS)函数用于几何建模、结构分析和设计参数化,实现了结构分析和优化设计的集成统一。利用高阶连续的NURBS基函数,等几何分析(IGA)提高了结构应力及其灵敏度的计算精度,增加了拓扑优化结果的可信性。为处理大量局部应力约束,提出了基于稳定转换法修正的P-norm应力约束策略,以克服拓扑优化中的迭代振荡和收敛困难。通过几个典型平面应力问题的拓扑优化算例表明了本文方法的有效性和精确性。应力约束下的体积最小化设计以及体积和应力约束下的柔顺度最小化设计的算例表明,基于稳定转换法修正的约束策略可以抑制应力约束体积最小化设计中的迭代振荡现象,获得稳定收敛的优化解;比较而言,体积和应力约束下的柔顺度最小化设计的迭代过程更加稳健,适合采用精确修正的应力约束策略。     

基于可靠度的结构优化的序列近似规划算法

基于可靠度的优化的最直观解法是把可靠度和优化的各自算法搭配一起形成嵌套两层次迭代。为改善其收敛性提高计算效率,人们提出了功能测度法、半无限规划法、单层次算法等多种改进方法。本文对传统结构优化界的经典序列近似规划法改造并扩展应用于求解基于可靠度的结构优化问题,构造该问题的序列近似规划模型和求解过程;其核心思想是在每个近似规划子问题中采用近似可靠度指标对设计变量的线性近似,在优化迭代过程中同步更新设计变量和随机空间中的近似验算点坐标,以达到可靠度分析和优化迭代同步收敛的目标。为了算法的实施,还推导出近似可靠度指标的半解析灵敏度计算公式,编制了程序,最终实现与通用软件的连接。论文用算例证实算法的有效性。     

桁架结构非概率可靠性形状优化设计

采用区间变量描述不确定参数,提出一种桁架结构非概率可靠性形状优化方法。建立了以截面尺寸和节点坐标为设计变量,以结构重量为目标函数,具有非概率可靠性指标约束的桁架结构形状优化数学模型。采用量纲归一化对截面尺寸和节点坐标进行了变量统一;运用均值点法对功能函数进行泰勒线性近似求解得到相应的非概率可靠性指标,并采用序列二次规划算法对优化模型进行求解。三个算例分析结果表明,算例均能快速稳定地收敛到最优解,结果符合工程结构设计经验,验证了本文所提方法的准确性和有效性。     

接触分析的光滑模型及迭代算法

利用变分不等式和基于信息熵的凝聚函数把有摩擦接触问题模型化为一个标准的凸二次规划问题,极大地简化了这一复杂的问题,同时引入摩擦方向约束并构造了以无摩擦解为初值的迭代算法,在较摩擦系数时计算也能保证收敛,算例表明算法高效可靠。     

结构设计的统一优化准则法

基于函数二次台劳展开将原问题化为一系列显式的近似问题,基于Kuhn-Tucker条件直接给出一种新的设计迭代式,近似问题解的序列将收敛于原问题解。为克服Hessian矩阵求逆的困难,引入线性方程组SOR松驰型迭代解法,使该法具有很好的效率。对包括复合材料机翼结构的若干算例进行了计算,结果表明,同其它方法相比,本方法的收敛效率是令人满意的。 对于应力、位移约束,文中统一给出了其一阶、二阶导数计算公式。特别是二阶导数的计算,基于矩阵运算的性质得到了一种简便易行的表达式。与其它现有的二阶导势计算方法相比,本文的方法具有更高的效率。     

Numerical instabilities and convergence control for convex approximation methods

Convex approximation methods could produce iterative oscillation of solutions for solving some problems in structural optimization. This paper firstly analyzes the reason for numerical instabilities of iterative oscillation of the popular convex approximation methods, such as CONLIN (Convex Linearization), MMA (Method of Moving Asymptotes), GCMMA (Global Convergence of MMA) and SQP (Sequential Quadratic Programming), from the perspective of chaotic dynamics of a discrete dynamical system. Then, the usual four methods to improve the convergence of optimization algorithms are reviewed, namely, the relaxation method, move limits, moving asymptotes and trust region management. Furthermore, the stability transformation method (STM) based on the chaos control principle is suggested, which is a general, simple and effective method for convergence control of iterative algorithms. Moreover, the relationships among the former four methods and STM are exposed. The connection between convergence control of iterative algorithms and chaotic dynamics is established. Finally, the STM is applied to the convergence control of convex approximation methods for optimizing several highly nonlinear examples. Numerical tests of convergence comparison and control of convex approximation methods illustrate that STM can stabilize the oscillating solutions for CONLIN and accelerate the slow convergence for MMA and SQP.     

基于Armijo准则的自适应稳定转换法

结构可靠度分析是结构不确定性设计的关键环节,计算效率和鲁棒性是评估可靠度分析算法性能的两个重要指标。首先针对两个已有的一次二阶矩算法（iHL-RF算法和方向性稳定转化法）进行分析,发现iHL-RF算法根据Armijo准则可以自适应调整迭代步长,但计算效率低;方向性稳定转化法根据振荡的方向性可以提高计算效率,但自适应性差。结合两种算法的优点,将Armijo准则用于自适应调整方向性稳定转化法的混沌控制因子,提出了基于Armijo准则的自适应稳定转换法。通过四个非线性算例将本文提出的算法与HL-RF、iHL-RF、混沌控制法以及方向性稳定转换法等四种算法的收敛性和计算效率进行比较。结果表明,相比其他四种可靠度分析算法,本文算法在求解二维和多维非线性极限状态函数时均具有更好的收敛性和更高的计算效率。     

垂直冲击消振系统简谐激励响应及稳定性分析

运用迭代映射及其稳定性分析原理,研究了垂直冲击消振系统的简谐激励响应及其周期响应的稳定性．首先建立了稳定周期响应的参数区域边界方程,分析了稳定周期运动向混沌转变的一般规律．然后以典型的二阶主振系为例,得到了几个对消振效果影响较大的稳态周期响应区域的详细数值结果,讨论了稳态周期响应区域及附近的消振效果．     

结构可靠度FORM方法的混沌动力学分析

引入混沌动力学理论讨论了FORM收敛失败的非线性动力学根源. 给出了几个典 型函数在参数区间上的可靠指标分岔图，展示了极限状态函数经过FORM迭代成为 非线性映射后计算结果的周期振荡、分岔和混沌等复杂动力学现象，计算了非线性映射的 Lyapunov指数. 结果表明，极限状态函数设计点的曲率大小与FORM的收敛性没有简单的联 系，判别FORM迭代计算收敛性的指标是非线性映射的Lyapunov指数.     

Sliding mode control with adaptive fuzzy dead-zone compensation for uncertain chaotic systems

The dead-zone nonlinearity is frequently encountered in many industrial automation equipments and its presence can severely compromise control system performance. In this work, an adaptive variable structure controller is proposed to deal with a class of uncertain nonlinear systems subject to an unknown dead-zone input. The adopted approach is primarily based on the sliding mode control methodology but enhanced by an adaptive fuzzy algorithm to compensate the dead-zone. Using Lyapunov stability theory and Barbalat??s lemma, the convergence properties of the closed-loop system are analytically proven. In order to illustrate the controller design methodology, an application of the proposed scheme to a chaotic pendulum is introduced. A comparison between the stabilization of general orbits and unstable periodic orbits embedded in chaotic attractor is carried out showing that the chaos control can confer flexibility to the system by changing the response with low power consumption.     

Dynamics and adaptive control of a Duopoly advertising model based on heterogeneous expectations

This paper discusses a duopoly advertising model based on heterogeneous expectations. Firstly, it points out the unstable region of Nash equilibrium and its influencing factors by analyzing the stability of the improved model. Secondly, it applies the adaptive control method to the chaos of the duopoly advertising model. The control aims are to bring this system into the instability equilibrium point by using minor disturbance of the control parameter. The result of theoretical study and numerical simulation illuminates that the method could successfully lead the chaos track to low cycle track. Moreover, scope of the convergent condition and control intensity are given.     

非自治时滞反馈控制系统的周期解分岔和混沌

研究时滞反馈控制对具有周期外激励非线性系统复杂性的影响机理,研究对应的线性平衡态失稳的临界边界,将时滞非线性控制方程化为泛函微分方程,给出由Hopf分岔产生的周期解的解析形式．通过分析周期解的稳定性得到周期解的失稳区域,使用数值分析观察到时滞在该区域可以导致系统出现倍周期运动、锁相运动、概周期运动和混沌运动以及两条通向混沌的道路：倍周期分岔和环面破裂．其结果表明,时滞在控制系统中可以作为控制和产生系统的复杂运动的控制“开关”．