毕业答辩_李荣鹏

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表2.1 经验系数
名称 动臂斗杆长度比 动臂弯角 KQ与QV长度比 上动臂与下动臂比 动臂(斗杆、铲斗)油缸行程比 斗杆最大摆角 铰点A和C与水平面夹角 EF长度与FQ长度比 符号 K1 CZF K2 K3 1 2 3 、、 Rfa CAU K5 确定依据 用于保证适用于挖掘机的作业条件 由挖掘范围和结构强度决定 铲斗传动特性和结构强度 挖掘机的用途和机重 挖掘机工作范围和动臂油缸稳定性 工作范围和运输要求 用途 动臂与斗杆之间的长度比
开始 初始化规则矩阵M、充分条件 列向量S、变量状态列向量T0
根据用户输入重设规则矩 阵M、变量状态向量T0
☞ 设计参数状态向量T
T=[t1, t2,…,tn]T,n为规则矩阵的列数,
0 tj 1 设 参 计 数 x j还 求 未 出 设 参 计 数 x j已 求 经 出
状态向量Tk存在 0元素? Y 将规则矩阵M与变量的状态向量 进行相乘得到向量Uk=M∙Tk
10
挖掘机设计知识研究——再设计经验知识
用途
约束违反时,确定合理的调整参数;
内容
每个约束函数与设计参数之间的关系;
表达
以关联矩阵形式表达。
表2.2 关联矩阵实例
x1 g1 1 x2 0 x3 1 x4 -1
g2
g3
-1
1
2
-1
0
0
0
1
11
挖掘机设计知识研究——计算模型知识
用途
判断约束是否违反;
内容
机重 重量 方案ID 斗容 铲斗 功率 设计方案 方案ID x27、x28、斗 宽、半径尺寸 重量 几种特殊工况 下铲斗位置角 方案ID 挖掘力要求 铲斗油缸 x22、x23、x35、x36 尺寸 重量 数量 四连杆机构 土壤
挖掘范围要求
是否湿粘土 方案ID 土壤等级 方案ID 重量
x21、x24~x26尺寸
T
(1) (2) (3) (4) (5)
U 0 MT 0 [0 0 0 0 0]T U 1 MT 1 [0 1 1 0 1]T U 2 MT 2 [0 1 2 0 0]T U 3 MT 3 [0 1 1 1 0]T U 4 MT 4 [1 1 1 0 0]T
初始化关联矩阵M
计算前m1个约束函数的值gi(x)
存在约束违反? Y
N

研究方法
从推理步长、参数调整价值计算等方面进行了研究
设置V中前m1个元素值, 将后m2个元素值置0
计算后m2个约束函数的值gk(x)
存在约束违反? Y
N

改善的推理策略
如右图
设置向量V中所有元素的值
结束
Z=V*M,得到调整

效果分析 通过实例验证,发现能(1)在一定程度上避免因为
CZ(x4) -1
DZ(x10) -1
DE(x13) -1
EG(x15) -1
FQ(x16) 2
NQ(x18) -1
FG(x19) 1
GN(x20) -1
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挖掘机方案求解——再设计
开始
用关联矩阵调整参数 ☞ 约束函数状态向量V
V=[v1, v2,…,vm]T,m为约束函数的数目,
0, 1, Vi 2, 4, g i ( X ) 0 .1 0.05 g i ( X )<0.1 0<g i ( X )<0.05 gi ( X ) 0
表达
以规则矩阵进行表达。
表2.3 规则矩阵实例
13
研究背景及意义 挖掘机设计知识研究 挖掘机方案的求解 系统实现
总结与展望
14
挖掘机方案求解——初设计
规则矩阵求解 ☞ 函数执行充分条件向量S
S=[s1, s2,…,sm]T,m为规则矩阵的行数,
0 si Sum( f i ) 函 fi无 已 前 数 需 知 提 函 f i需 已 前 数 要 知 提
x19
x25 x21
开始 初设计
8
x27
x2
R
x7
V Y
用户输入机重、用途、动臂 油缸布置形式等设计要求
Z B
x4
x3
G6 G5 G2 G7 G3
选择工作装置型 式和动臂型式
x6
ZY1MIN ZY1MA :x8 X:x9
G1
C x1
x2
根据经验初步 求解参数
A x29
G4
再设计 存在约束违反?
X
x30
22
系统实现——实现
知识管理模块
4.3 主参数维护
4.4 经验系数维护
4.5 关联矩阵直接维护
4.6 关联矩阵间接维护
9
挖掘机设计知识研究——初设计经验知识
用途
机型选择、求解初始方案等;
内容
1 工装结构形式、动臂结构型式与用途之间的关系;设计参数与机重(如C点横、纵坐标与 机重之间的关系)或者其他已知参数(如动臂长度与斗杆长度之间的关系)之间的相似 系数;
表达
以面向对象知识表示法存储;每个系数作为挖掘机设计类的一个属性。
传统挖掘机设计 (设计师的赋值 、拼凑、调整)
专家系统的应用 (故障诊断、决策 、天气预报、简单 的设计等领域)
挖掘机设计 专家系统
4
研究背景及意义
研究现状
1 挖掘机优 化分析和 设计
2
机械设计 类专家系 统研究
3
知识 表达
4 推理机
针对挖掘机方案智能设计、真正减少设计师工作量的研究工作还开展得很少。 本课题结合企业产品实例,开发液压挖掘机设计专家系统用于挖掘机方案设计。
液压挖掘机设计专家系统研究
答辩人:李荣鹏 导 师:邱清盈 副教授
浙江大学机械设计研究所 2012年3月
1
论文主要内容
研究背景及意义 挖掘机设计知识研究 挖掘机方案的求解 系统实现
总结与展望
2
研究背景及意义 挖掘机设计知识研究 挖掘机方案的求解 系统实现
总结与展望
3
研究背景及意义
计算每个约束函数的值,如最大挖掘半径、最大斗杆/铲斗理论挖掘力的计算等;
基本几何约束G1(X) —— 保证工作装置机构各铰点之间三角形和四边形满足成立条件,共32条 经验约束G2(X) —— 针对工作装置设计总结的一些经验知识,保证设计方案符合实际工作要求,共41条
约 束
运动约束G3(X) —— 保证工作装置在作业范围内没有运动干涉,并具有合适的传动角和力臂,共9条 油缸可制造型约束G4(X) 挖掘性能约束G5(X) —— 保证三组油缸的稳定性和挖掘机的挖掘范围,共6条
5
研究背景及意义 挖掘机设计知识研究 挖掘机方案的求解 系统实现
总结与展望
6
挖掘机设计知识研究——设计过程
Y E
x15 x1 2
3 x1 N: 14 M I X :x 2 ZY 2 M A x11 ZY
D
x5
x1 0
ZY G Z 3MIN:x x24 2 Y3M AX:x 2 23 M H x 26 x20 K x17 x18 F x16 N Q
—— 保证设计的方案能满足设计师的要求,包括挖掘范围、挖掘力和作业循环时间,共8条
表达
以过程表示法,将其以函数形式写在程序内部。
12
挖掘机设计知识研究——初设计推理控制知识
用途
控制设计参数求解顺序;
内容
初设计过程中,一些设计参数往往是求解其他设计参数的前提,因此推理控制知识是标 示一个参数是否为另一个参数求解的前提或结论;
(1) 便于整体考虑所有约束,将约束划分 为两个等级等级; (2)为了减少了实际约束值与约束边界的 距离对调整过程的影响,对其进行了 去量纲操作
调整绝对值较大的变量
Z=V*M,得到调整
变量的价值向量
对Z中的值,按绝对值进行排列
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开始
挖掘机方案求解——容错性研究
原因
设计师人为因素导致的关联矩阵元素不合理 进而导致计算出来的调整价值最大的参数不合理
N
结束
存在ukj≥sj? N Y 依次执行ukj≥sj的第j个函数求 出这些函数输出的设计变量
根据这些函数的输 出重新设置Tk+1
有变量值未求 出,返回出错
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挖掘机方案求解——初设计
实例
S 1 0 2 1 1
T
T 0 0 0 0 0 0 0
T
0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 M 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0
结束
7
挖掘机设计知识研究——设计知识
经验 知识
国家 标准
挖掘机设 计知识
计算模 型知识
推理控 制知识
8
挖掘机设计知识研究——国家标准
用途
确定设计师未给定的设计要求及部分中间参数;
内容
设计规格参数、土壤系数、工作装置各部件重量、斗宽、缸径和杆径关系以及一些确定 设计要求的经验等;
表达
对于国家标准中明确规定的知识,存储在数据库中,根据机重等从数据库中查询; (如某吨位下的挖掘范围等) 对于确定设计用途的经验知识,面向对象知识表示方法; (如斗宽B k BV 3 V ,kBV=1.3)
初始化关联矩阵M
计算前m1个约束函数的值gi(x)
存在约束违反? Y 设置V中前m1个元素值, 将后m2个元素值置0
N
计算后m2个约束函数的值gk(x)
☞ 设计参数调整价值向量Z
Z=[z1, z2,…,zn]T,n为设计参数的个数, Z=V∙M
存在约束违反? Y 设置向量V中所有元素的值 结束 N
☞ 约束划分和去量纲
N

设计参数:
T
O
I
Y 根据经验调整设计参数
x [ x1,x2, ,x30,x31, ,x36 ]
x1~x30,铰点尺寸; x31~x36,油缸的缸径、杆径;
得到可行设计方案
☞ 设计要求
机重、用途、土壤等级、油缸布置方式等; 发动机功率、斗容、液压系统压力; 挖掘范围、挖掘力、作业循环时间等;
3或 - 3 2或 - 2 mij 1或 - 1 0
FG(x19) 0.0002
(2)根据全局灵敏度确定( Sobol灵敏度计算方法)
但是,<1>需要人为确定符号;<2>数值计算,出现误差;
表3.1 最大挖掘半径对参数的灵敏度
0.6 s ij 1 0.1 s ij 0.6 0.0001 s ij 0.1 其他
T T
T
3 u4 s 4
T
u14 s1
T=1,已求得所有参数值,求解完
成。 从以上参数求解实例可以看出:(1)每个函数均可执行一次(2)每个函数都只能被执 行一次。这保证了求解的正确性。
16
挖掘机方案求解——再设计
关联矩阵构造 (1)设计师根据经验构造
0, 1或 1, mij 2或 2, 3或 3, g i 与x j无 关 g i 对x j不 感 敏 g i 对x j 较 感 敏 g i 对x j很 感 敏
关联矩阵
最终方案 解释系统 解释系统 师
21
系统实现——实现
国家标准知识的存储
x1~x7、x10、x11尺寸 方案ID 重量 x8、x9、x29、x30、x31、x32 尺寸 方案ID 数量 重量
动臂
动臂油缸
方案ID x12、x15~x20尺寸
数 据 库 图 ER
D 工装形式和动 臂结构形式 x13、x14、x33、x34 尺寸 斗杆油缸 数量
CF(x3) 最大挖掘半径 0.80407
CZ(x4) 0.00008
DZ(x10) 0.0014
DE(x13) 0.01509
EG(x15) 0.02115
FQ(x16) 0.1336
NQ(x18) 0.00008
GN(x20) 0.03624
表3.2 最大挖掘半径对参数的关联矩阵
CF(x3) 最大挖掘半径 3
元素值不合理时对效率的影响;(2)不合理值与实际 值相差太大时依然可能导致推理失败;(3)新的策略 计算量更大,效率会受到影响;(4)要求设计师尽量 将关联矩阵元素值设置合理。
变量的价值向量
取得第一个违反的约束函数gi,并根 据其关联矩阵中元素重新计算Z
Z=0?
Y 判断关联矩阵中第i行绝 对值最大的元素mij
N
找出Z向量中绝对值 最大的元素zj
调整参数xj
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研究背景及意义 挖掘机设计知识研究 挖掘机方案的求解 系统实现
总结与展望
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系统实现——系统框架
知识库 国家标准等 设计知识 知 知 识 工 程 师 识 管 理 界 面 计算模型知识 经验性知识 规则矩阵
设计要求 挖 推理机 根据经验 初设计 根据案例 初设计 知识库 设计实例 用 户 初步方案 界 再设计模块 面 计 设 机 掘
=> => => => =>
0 u2 s 2
1 u5 s 5 2 u3 s 3
=> => => => =>
T 1 1 0 0 0 0 0 T 2 1 0 0 0 1 0 T 3 1 0 1 0 1 0 T 4 1 0 1 1 1 0 T 5 1 1 1 1 1 1
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