基于ADAMS与ISIGHT的航空飞行器夹紧机构联合仿真与优化航空飞行器夹紧机构优化设计课程设计(22页).docx

-基于ADAMS与ISIGHT的航空飞行器夹紧机构联合仿真与优化航空飞行器夹紧机构优化设计课程设计-第 20 页机械原理课程设计基于ADAMS与ISIGHT的航空飞行器夹紧机构联合仿真与优化毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： 注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它摘 要利用ADAMS与ISIGHT软件对飞行器加紧机构进行联合仿真与优化，能够快速准确的到理想条件下的最佳夹紧力、最优参数。对实际的飞行器加紧机构设计有指导作用。通过ADAMS软件建立飞行器加紧机构的ADAMS模型，进行运动学仿真，得到夹紧力为811.1N,通过将仿真模拟数据同物理样机实验数据相比较，说明仿真结果具有说服力。之后在ADAMS中参数化模型，初步优化，得到变量DV_4，DV_6，DV_8对弹簧力的影响最大，因此对上述点最优化，得到最优夹紧力为1024N及最优参数。但结果并不让人满意，通过查阅文献，将ISIGHT结合ADAMS进行多体运动学仿真方法，第一次尝试由于文献中操作繁琐难以成功，被迫放弃另寻出路，吸取第一次经验，在第二次成功将ISIGHT与ADAMS结合，用连续二次规划法（NLPQL）算法得到最优夹紧力1923.7N及最优参数。混合型优化算法（MOSTT）得到最优夹紧力1558.59及最优参数。比较ADAMS的优化结果与将ISIGHT结合ADAMS进行多体运动学仿真的优化结果，得到后者的优化效果更好。关键词：ADAMS，ISIGHT，仿真，优化目录机械原理课程设计清单3一 航空飞行器夹紧机构ADAMS模型建立31.1 弹簧挂锁模型的工作原理31.2 夹紧机构初始设计点设置及模型建立31.2.1启动ADAMS/View31.2.2设置工作工作环境31.2.3建造实体3二 初始设置下模型的运动学仿真32.1 测试初始模型32.1.1生成地块32.1.2加Inplane 虚拟约束32.1.3加拉压弹簧32.1.4加手柄力32.1.5测量弹簧力32.1.6角度测试32.1.7生成传感器32.1.8模型仿真32.2验证测试结果32.2.1导入物理样机数据32.2.2建立物理样机实验数据曲线图32.2.3建立仿真数据曲线图3三 参数化模型及其初步优化33.1 细化模型33.1.1建立设计变量33.1.2重新设置设计变量的值33.2 深化设计33.2.1重新显示弹簧力曲线图33.2.2调试设计变量33.2.3运行Design Study33.3 检查方案研究结果3四 最优化设计34.1调整设计变量34.2运行最优化设计程序34.3最优化的结果3五 多体动力学优化分析35.1 多体动力学及其基本理论35.2 ISIGHT优化流程35.3方案一35.3.1ADAMS动力学模型的建立35.3.2ADAMS文件准备35.3.3 ADAMS与ISIGHT集成过程35.3.4 实验设计35.4 方案二35.4.1 ADAMS插件配置35.4.2 ISIGHT调用ADAMS35.4.3 变量参数映像35.4.4 ISIGHT实验设计35.4.5 ISIGHT优化设计35.6 结果分析与评价3总结及心得体会3参考文献3机械原理课程设计清单(一) 设计题目 基于ADAMS与ISIGHT的航空飞行器夹紧机构联合仿真与优化(二) 设计任务 1.至少产生800N的夹紧力； l 2.世界在手柄上的力不大于80N； l3.释放手柄的力应最小； l 4.在振动环境中，夹紧机构的安全可靠；(三) 完成情况 1. 建立了夹紧机构的ADAMS 模型，完成了对各个铰接点位置参数的设计。 2. 完成了初始设计值下模型的运动分析和力分析。 3. 正在对夹紧机构模型参数化，并作初步结构优化。4. 采用山东科技大学李庆国教授的多体动力学优化方法优化夹紧机构。5. 用ISIGHT结合ADAMS对夹紧机构进行优化，在不同算法的情况下得到最后夹紧力与最优参数。6.比较不同方法的优化结果的优劣。(四) 说明书简介 第一章介绍了夹紧机构模型及其ADAMS 建模方法。 第二章介绍了夹紧机构各个铰接点位置参数的设置及初始状态下的仿真分析。 第三章介绍了如何参数化夹紧机构的各个铰接点位置，并设置变量。第四章介绍了最优化设计方案第五章介绍了多体动力学优化方案。最后介绍了实际过程中小组成员的一些心得体会和模型的不足之处。 一 航空飞行器夹紧机构ADAMS模型建立1.1 弹簧挂锁模型的工作原理 在节点4 处下压操作手柄，挂锁就能够夹紧。下压时，枢轴绕节点1 顺时针转 动，将钩子上的节点2 向后拖动，此时，连杆上的节点19 向下运动。当节点19 处 于节点19_2和节点3 的连线时，夹紧力达到最大值。节点19应该在节点3 和节点19_2连线的下方移动，直到操作手柄停在钩子上部。这样使得夹紧力接近最大值，但只需一个较小的力 就可以打开挂锁。 节点19_2节点19节点3节点2节点1弹簧挂钩地面枢轴连杆手柄节点41.2 夹紧机构初始设计点设置及模型建立1.2.1启动ADAMS/View启动ADAMS/View，在模型名称输入 Latch，将单位设置成MMKS（Millimeter Kilogram Second (MMKS)毫米-公斤-秒）。1.2.2设置工作工作环境在Setting 菜单中选择Units将长度单位设置为厘米（cm），点击ok。在Setting 菜单中选择 Working Grid,则工作栅格设置对话框就会弹出，将工作栅格尺寸设置为25，格距为1，点击OK。在Setting菜单中选择Icons,弹出Icons设置对话框，将Model Icons的所有缺省尺寸改为2，点击ok。1.2.3建造实体(1)创建设计点点击 Point 图标，点击左边栏Point Table进入Table Editor for points界面。按照下表所列数据放置设计参考点。使用点的缺省设置，即 Add to Ground 和 Dont Attach。(2)建立曲柄在bodies栏选择工具按钮，把厚度和半径都设为 1cm。用鼠标左键点选 Point_1、Point_2 和 Point_3，点击右键使曲柄闭合。重命名为Pivot。(3)建立手柄选择Link工具，在 Point_3 和 Point_4 之间建立连杆，重命名为handle。(4)用转动铰链连接各构件选择Revolute Joint在 Point_1 处放置一个铰链。再次选择 Revolute Joint 在主对话框中，把建造模式改为 2 Bod-1 Loc，选取曲柄、手柄和 Point_3。结果如下图。(5)建造钩子在bodies栏选择设置长度为 1cm，用鼠标左键按下表point_7到point_17选取位置，最后敲击鼠标右键使之闭合建立钩子。将拉伸体的名字改为hook。(6)建立连杆再建两个设计点Point_8和Point_9，在两个新设计点之间建立连杆，将连杆改名为 slinder。(7)用转动铰链连接构件用步骤d(3)相同的方法在下述位置设置铰链：手柄与连杆之间的 Point_8，连杆与钩子之间的 Point_9，钩子与曲柄之间的 Point_2。最后模型如下图所示。二 初始设置下模型的运动学仿真2.1 测试初始模型2.1.1生成地块在bodies栏选择并把生成方法New Part 改为On Ground。 在（-2，1，0）单击鼠标，拖到（-18，-1，0）生成地块，将其改名为 ground_block。2.1.2加Inplane 虚拟约束在connectors栏下选择 Inplane Joint Primitive 把建立方法设为 2 Bodies-1 Location 和 Pick Geometry Feature。用鼠标左键依次点取钩子和地块，在（-12，1，0）点击鼠标左键再上移，当出现向上的箭头时点击鼠标左键。出现下图所示的虚约束。2.1.3加拉压弹簧在force栏下选择 Translational Spring-Damper 在地块与钩子之间建弹簧。在弹簧生成对话框中选择k和c并设置k值为 800，c值为 0.5。 点取点（-14,1,0）和（-23,1,0）放置弹簧 。2.1.4加手柄力(1)在force栏下选择 并在对话框中将仿真时方向改为 Body Moving，在特性栏中选择 Constant。打开力值输入开关，输入 80。(2)依次选取手柄、手柄末端的标志点、位置(-18，14，0)。2.1.5测量弹簧力(1)选择Design Exploration栏下的 Measure栏里的。 弹出Datebase Navigator窗口，双击SPRING_1，再双击force，弹簧测量图表出现(2)在Simulation栏下选择，弹出Simulation Control窗口，设置end time为0.2 秒、steps为50 步，然后点击start按钮。(3)用 Reset 回到初始状态。如下图所示得到弹簧力变化曲线。2.1.6角度测试现在要测量点POINT_19-2、POINT_3、POINT_19之间形成的角度(1) 选择Design Exploration栏下按钮，建立一个新的角度测量。(2) 点击Advanced，弹出Angle Measure窗口，键入测量名angle。 (3) 在 First Point 输入栏中点击右键，从弹出的菜单中选择 Marker，再选 Pick。(4) 按表第一行所列选择标识，图例见图 。(5)同样方法完成 Middle Point、Last Point。 (6) 点击 OK，于是生成角度变化曲线如下图所示。2.1.7生成传感器(1) Design Exploration栏下选择 Sensor，Create Sensor窗口出现。(2)依照下图完成对话框，选择 OK。2.1.8模型仿真1) 选择 Simulation 工具，进行一次 0.2 秒 100 步的模拟。你应该得到提示由于传感器的作用 MSC.ADAMS/View 停止仿真模拟。2) 用 Reset 回到模型初始状态。 在模拟过程中，MSC.ADAMS/View 对弹簧力和角度的测量反映了传感器的作用。2.2验证测试结果通过将仿真模拟数据同物理样机实验数据相比较，找出模型与实际物理模型的差别，从而可以修改模型消除其不足。根据文献3得到物理样机实验数据，导入到ADAMS Postprocessing 中，与模拟曲线画在同一幅图中。2.2.1导入物理样机数据(1)在 File菜单中选择Import，文件输入对话框出现。(2)设置File Type为Test Data。选中Create Measure选项，导入test_date.csv文件。(3)在 Model Name 栏中键入.Latch，选择 OK。2.2.2建立物理样机实验数据曲线图(1)在results栏选择 Postprocessing，ADAMS/PostProsessor窗口出现(2)Source 选择为 Measures。显示出建立图表可以选用的结果数据。(3)在Simulation 的列举中选择 test_dat。(4) 在 Independent Axis 选择 Data。Independent Axis Browser 窗口出现，选择angle为水平轴，选择 test_dat 和 MEA_1。在图表生成器中选择 MEA_2 作为 y 轴数据。 接下来点击Add Cures添加曲线。(5)编辑曲线图。横坐标名称改为Degrees，纵坐标名称改为Newtons，图例名称改为Physical Test Data。2.2.3建立仿真数据曲线图用同样的方法，在Simulation栏选择Last_run，建立以角度为横轴，弹簧力为纵轴的曲线，将图例名称改为Virtual Test Data最终得到下图。从这张图可以看到，理论曲线和实际曲线基本吻合，说明仿真结构具有说服力。同时我们注意到，在26°30°之间实际曲线产生了波动。三 参数化模型及其初步优化夹紧机构中各铰接点的位置是夹紧机构布置的主要参数，优化设计的实质就是确定夹紧机构的最佳布置方案，因此各铰接点位置必须确定为设计变量，完成后的参数化模型如图3.1所示。由节点1一节点6六个设计点确定机构的位置方案，夹紧机构由手柄、枢轴、连杆和挂钩四部分组成，在节点4位置施加一方向垂直于手柄的恒定作用力。并建立一传感器，用于在机构处于锁止位置(设计节点3、节点19、节点19_2处于同一直线)时停止仿真。节点2手柄连杆节点19_2挂钩弹簧地面节点19节点3节点1枢轴节点4图3.1 夹紧机构的参数化模型3.1 细化模型3.1.1建立设计变量(1) 进入Table Editor窗口，选择 POINT_1 的 Loc_x 单元。在顶部的输入栏右键依次选择 ParameterizeCreate Design VariableReal。建立名为.latch.DV_1 的设计变量。 (2) 选择 POINT_1 的 Loc_y 单元，用相同的方法建立设计变量。 (3) 同样方法将 POINT_2、POINT_3、POINT_19、POINT_19_2 的 x、y 坐标参数化。结果如下图所示。3.1.2重新设置设计变量的值(1) 在 Table Editor 的下边选择 Variables.(2) 选择 Filters，Table Editor Filters 对话框出现。 (3) 选择 Delta Type。表示范围设置是绝对值或相对百分数。(4) 点击 OK，这时 Table Editor 的如图所示3.2 深化设计3.2.1重新显示弹簧力曲线图(1) 在Design Exploration栏下选择Display a Measure，Database Navigator窗口 出现。双击SPRING_1，在下拉项中双击force(2) 进行一次 0.2 秒 100 步的仿真，然后回到模型的初始状态，弹簧测量图表更新。 (3) 在弹簧力曲线上右键选择 Curve:Current、Save Curve，保存曲线，曲线由红色变为蓝色。3.2.2调试设计变量(1) 在Build菜单中依次选择Design VariableModify。Database Navigator出现。(2) 双击DV_1，设计变量编辑对话框出现。(3) 把DV_1的标准值改为1.0，选择 OK。(5) 进行一次0.2秒100步的仿真。从下图可以看出：新的方案使弹簧力的值更大。(6) 把DV_1改回0.0。 3.2.3运行Design Study(1) 在 Simulate 菜单中选择 Design Evaluation。Design Evaluation 对话框出现。 (2) 按下图完成对话框。 (3)点击Start，自动进行五次优化仿真。 优化仿真结束后，弹簧力图、角度图分别发生变化。五种曲线对应五种不同方案下图所示分别显示了这种变化。在Design Evolution Tool窗口点击左下角创建报告如下图所示。用相同的方法分别对110变量进行Design Study，分别得到弹簧力图、角度图以及研究报告。3.3 检查方案研究结果通过对10个设计变量仿真分析结果汇总，统计出10个变量的初始值、初始位置敏感度，以及设计点的位置最大值，得到下表。从这张变我们可以看出变量DV_4，DV_6，DV_8对弹簧力的影响最大。设计变量名设计点位置初始值初始位置敏感值最大值DV_1(POINT_1X)0-77.91DV_2(POINT_1Y)051.20DV_3(POINT_2X)3139.62.7DV_4(POINT_2Y)3-440.13.3DV_5(POINT_3X)2-18.52.2DV_6(POINT_3Y)8-283.37.6DV_7(POINT_19X)-132.5-1.1DV_8(POINT_19Y)10-278.610.5DV_9(POINT_19_2X)-6-57.0-5.4DV_10(POINT_19-2Y)595.14.5四 最优化设计找到了对弹簧力影响最大的点，接下来进行最优化设计。最优化过程为：首先，设定3个对弹簧力影响最大的变量的变化范围，以弹簧力的最大张力为优化目标函数进行优化设计，最后运行adams的design study模块进行最优化设计，从而找到3个点的最佳的位置5。4.1调整设计变量利用上表的设计研究结果来选择哪些设计变量应用于最优化处理。用DV_4，DV_6，DV_8这三个设计变量作为最优化设计的变量，以弹簧力最大为目标函数进行最优化设计。在这里因为它们对夹紧力影响最大，用这些参数进行最优化不仅可以得到较好的答案，而且大大缩短了设计周期，方便操作。因为模型必须在给定的空间工作，根据设计的要求对设计变量进行如下限制，即限制DV_4、DV_6、DV_8的变化函数及其最大最小值：设计变量名称设计变量位置最小值最大值DV_4POINT_2y16DV_6POINT_3y6.510DV_8POINT_5y911在Build菜单中选择Design Variable®Modify。双击DV_4，Modify Design Variable对话框出现。参照上表设置最大值和最小值。点击Apply。重复上述步骤设置DV_6、DV_8。4.2运行最优化设计程序最优化设计程序可以找到最佳设计方案。进行优化之前先显示弹簧力的测量窗口。然后运行最优化设计程序，在Build菜单中选择Design Study DOE Optimize。按下图填充对话框。点击Start。注意到夹紧力就是弹簧力的负值，所以这里目标定为最小的弹簧力。adams自动运行多次后，分别将每次的数据绘制在同一张图中，从而得到弹簧力测量图如下。下图SPRING_1_force vs. Iteration显示弹簧力随每一次深化的变动情况。下图显示每一次角度达到锁紧点的情况。4.3最优化的结果运行Design Study进行最优化设计后得到每次实验每个变量的值，最后得到最大的夹紧力为1023.9N。ForceDV-4DV-6DV-8初值-827.173810第一次优化-968.973.30618.02809.9768第二次优化-1023.93.43948.03969.9657然而，这并不是最优的结果，在优化过程中存在诸多问题。将3个对夹紧力影响最大的三个点作为最优化的变量是否合理，如果所有的点同时进行变动是不是能够得到更好的结果？ADAMS的优化算法是不是适合任何问题？等等诸多问题困扰着我们，经过查阅更多的资料，在洪鹃教授的论文基于ISIGHT的多学科设计优化技术研究中发现了一种新的优化方法可以将夹紧力优化到1575N，比ADAMS优化结果跟好，而这要归功于ISIGHT这个软件。下面就介绍ISIGHT与ADAMS联合优化的具体过程。五 多体动力学优化分析通过利用ADAMS优化得到的夹紧力并非最大，采用多体动力学优化可以得到更优的结果。5.1 多体动力学及其基本理论多体系统是多个相互运动的物体通过运动副相联的多刚体系统和多柔体系统，通常用来研究系统的位移、速度、加速度与其受力之间的关系。为了解决不同学科间的协同设计问题，人们提出了多学科设计优化的思想。多学科设计优化是一种设计复杂系统和子系统的方法论。通过充分利用各个学科(子系统)之间相互作用所产生的协同效应，获得系统的整体最优解。5.2 ISIGHT优化流程ISIGHT软件是由美国的易擎软件公司推出的一个集工业优化设计和自动化分析计算于一体的多学科设计优化软件，是一个仿真分析流程自动化和多学科多目标优化工具，它提供了一个可视化的灵活的仿真流程搭建平台，利用此工具可以快速建立复杂的仿真分析流程，设定和修改设计变量以及设计目标，自动进行多次分析循环。ISIGHT融合了设计优化中需要的三大主要功能：自动化功能、集成化功能和最优化功能。设计自动化就是将大量的需要人工完成的工作由软件实现自动化处理，代替工程设计人员进行重复性的、易出错的数字处理和设计处理工作。集成化就是能够将多学科代码集成并使流程自动化，提供实时监控和后处理功能，帮助数据分析。ISIGHT提供了4类设计优化算法：实验设计(DOE)分析，发现关键参数，探索设计空间；优化算法：寻找满足约束条件和目标函数的最好设计方案；近似方法：用近似模型代替运行时间长的计算机模型，以快速获得解答；质量工程方法：寻找成功概率高并且对不确定因素不敏感的设计方案，最终达到稳健和可靠性。相比于ADAMS软件进行的优化，ISIGHT有利于得到系统的整体最优，而且包含的优化算法更全面。所以为了得到更优的设计结果，我们在得到ADAMS优化结果的同时，探求用ISIGHT和ADAMS结合进行优化，比较二者的优劣。5.3方案一5.3.1ADAMS动力学模型的建立这部分在上述ADAMS中已经完成。5.3.2ADAMS文件准备(1) 批处理文件adams.bat，用来启动执行ADAMS仿真(2) 输入文件spring.cmd，用来仿真的模型文件。(3) 结果文件output.txt，表示ADAMS中得到的结果文件(4) 模型文件lauch.bin5.3.3 ADAMS与ISIGHT集成过程参考文献8，ADAMS与ISIGHT的集成过程可以有下图说明。(1) 打开ISIGHT,在Application Components中添加Simcode到Task1中(2) 打开Simcode，在Command中添加adams.bat批处理文件，在Input添加spring.cmd文件，在Output添加结果文件output.txt。(3) 在Files下的Input Souces选择In Model添加model.bin文件， (4) 在主菜单单击运行，完成ADAMS与ISIGHT的连接。(5) 在Simcode的Input中设置变量，Output中设置变量(6) 在主菜单中选择File中的Input中选择adams.bat文件,Output中选择output.txt文件5.3.4 实验设计(1) 在主菜单的Process components选择DOE代替task1.(2) 双击DOE图标，在DOE Technique中选择Optimal Latin Hypercube,将Number of Points 设置成100，Max Time to Optimize设置成5。点击Factors 全选变量DV_1 到DV_10。点击Design Matrix，生成设计矩阵，最后选择SPRING_FORCE为优化目标，选择最小。(3) 点击运行，isight调用adams运行101次后得出下表。(4) 从运行的结果我们可以看到，当变量数值在变化的时候，夹紧力却不发生变化，这说明这种方法没有成功将夹紧力映像到ISIGHT中，使得ISIGHT无法读取数据。经过不断地重复、尝试，我们总结出问题可能出在的地方：a. 由于结果文件output.txt中时间与弹簧力的变化趋势有问题。b. 输入文件spring.cmd的编写有很多需要注意的地方，可能会出现错误。c. ISIGHT软件中的一些环境变量设置不是很清楚。方案一宣告失败，在文献中的方法繁琐难以成功，我们试图寻找一种更加便捷的方法，经过不断地查阅资料，不断地尝试，我们找到了另外一种更加高效快捷的方法，也就是方案二。5.4 方案二5.4.1 ADAMS插件配置ISIGHT有丰富的软件接口，其中包括ADAMS，但是直接运行ADAMS接口无法从ADAMS中导出变量，由于参考文献和网络教程均采用simcode插件，自己编写或是从adams中导出输入、执行、输出文件，这种方法不仅费时费力，由于每个人的电脑软件环境的不同，在不同的电脑上都要进行重新编写，更换文件夹也会导致无法运行。尝试了多次之后，我最终决定寻找一种更简便的方法。由于ISIGHT已经对ADAMS配置了插件，所以只要找到正确的使用方法就可以减少工作量，同时避免出错。为次要首先对ADAMS软件进行配置。首先要确定电脑中安装的ADAMS的版本是ISIGHT支持的版本，ISIGHT支持的ADAMS版本分别是2005、2010、2011。然后点击在Library中添加ADAMS插件。接下来在ADAMS中安装ISIGHT插件。从ISIGHT安装目录下的SMAFIPcomponents文件夹下选择ADAMS2010版本的文件夹。在MSC ADAMS安装目录下的pythonwin32Libsite-packagesmdi文件夹下创建CommandListener文件夹，将SMAFIPcomponents文件夹下的isight.bin文件、_init_.py 文件和CommandListener.py文件拷贝到CommandListener文件夹内，就在ADAMS中导入了ISIGHT插件。5.4.2 ISIGHT调用ADAMS将ISIGHT插件导入到ADAMS之后，就可以正常使用ADAMS插件。在ISIGHT界面中拖动ADAMS插件到Sin-flow中，如图所示。双击ADAMS插件，进入ADAMS插件设置窗口。ADAMS插件要进一步设置才能正常使用。在此之前要在电脑中设置ADAMS的环境变量，这样ISIGHT就可以直接调用ADAMS，但环境变量常常不能设置成功，ISIGHT提供了手动设置ADAMS启动文件的方法。在Option栏下设置Path to ADAMS mdi.bat为ADAMS安装目录下程序启动文件所在的地址，在General栏下点击Browse选择夹紧机构的ADAMS的模型文件，这时将会自动启动ADAMS进入ADAMS界面。5.4.3 变量参数映像进入ADAMS界面后，将夹紧机构的变量在ISIGHT中映像。在仿真窗口设置仿真时间为2s，仿真步数为100步，点击开始，进行仿真，在ADAMS主选项中选择Simulate > ISIGHT > Export，Export to ISIGHT窗口出现，在Design Variable栏选右键择变量DV_1到DV_10，在Design Objective栏选择弹簧力。退出ADAMS回到ISIGHT窗口，在ADAMS插件界面出现以选择的变量，可以选择或者取消错选的变量，也可以编辑变量的名称。从而ADAMS文件中的变量向ISIGHT中映像成功。5.4.4 ISIGHT实验设计在主菜单的Process components选择DOE代替task1，双击DOE图标，在DOE Technique中选择Optimal Latin Hypercube,将Number of Points 设置成100，Max Time to Optimize设置成5。点击Factors 全选变量DV_1 到DV_10。点击Design Matrix，生成设计矩阵如下图。最后选择SPRING_FORCE为优化目标，选择最小。点击运行Runtime_Gateway，运行了100步后输出实验文件，见附件。ISIGHT自动生成了对夹紧力影响最大的变量的图，见图5-1。从这张图我们可以看到对夹紧力影响最大的变量是DV_6-DV_8,次之的是DV_10。而ADAMS运行得到的结果是DV_4、DV_6、DV_8这3个变量对夹紧力影响最大，这和ISIGHT得到的结果有所不同，这是因为ADAMS只研究单个变量对夹紧力的敏感程度，而没有研究两个变量共同作用下的对夹紧力的灵敏度。图5-1 变量对夹紧力影响程度图同时ISIGHT也输出了变量DV_6与DV_8的关系图及公式，如下图所示。得到每个变量对夹紧力的影响曲线如下图所示。5.4.5 ISIGHT优化设计ISIGHT中包含多种优化技术，主要可以分为3类：数值型优化技术、探索型优化技术、专家系统型优化技术。每一内优化算法都适应不同的问题，只有对优化算法十分熟悉才可以选择出适当的算法。本文参考文献8选择数值型优化技术中的混合型优化算法（MOSTT）和连续二次规划法（NLPQL）。混合整型优化方法MOST首先认定所给的设计问题是连续的，并使用连续二次规划法得到一个初始的峰值。如果所有的设计变量都是实数型的，优化过程停止。否则，对每一个非实数型参数寻找一个最近的设计点，该点满足非实数型参数的限制条件。这些限制条件被作为新的约束加进来，然后重新优化，产生组新的峰值。这些峰值作为新的迭代的起始点。在这个过程中，连续的非实数型参数被作为重点考虑的对象，直到所有的限制条件都得到满足，优化过程结束。NLPQL用来解决带有约束的非线性数学规划问题，并假设目 标函数和约束条件是连续可微的。二次连续规划法(SQP)是NLPQL的核心算法。将目 标函数以二阶泰勒级数展开，并把约束条件线性化，原非线性问题就转化为一个二次规划问题，通过解二次规划得到下一个设计点。然后根据两个可供选择的优化函数执行一次线性搜索，其中Hessian矩阵由BFGS公式更新，该算法很稳定。这个技术最主要的优点是容易 和一个非常健壮的算法一起使用。本文分别采用这两种算法进行优化设计，对结果进行比较。具体操作如下。1. 将Optimization 最优化模块拖动到Task1 中，双击Optimization，进入设计界面。2. 将优化选择NLPQL，在Variables栏中勾选设计变量DV_1DV_10，分别根据设计要求设置每个变量的变动范围。3. 在Objective栏勾选夹紧力为最优化的目标函数。这样，ISIGHT优化设置基本完成。4. 点击运行进入Runtime gateway界面，这里可以对优化的过程以图表的方式完全展现出来，拜托了一般软件内部运行，用户无法对运行过程干预的缺点。5. 运行了521步后，SIGHT软件调用ADAMS进行了521次仿真，这是仅仅使用ADAMS软件所不能实现的，也体现了ISIGHT智能、自动化、可视化的优势。之后点击XXX图标，将仿真结果自动以文档的形式自动输出，便于用户分析数据，也节省了绘制各种表格的烦恼。点击自动生成word文件，见附件1。最终得到优化后的每个变量的最优值如下表。Optimum design point:Run # = 409Objective = -1923.7371106154DV_1 = 2.0DV_10 = 6.934957279487DV_2 = 0.7905875569529293DV_3 = 2.5509961902462948DV_4 = 4.790610172441898DV_5 = -0.9770390553139849DV_6 = 6.930508425470811DV_7 = 0.9989499849832856DV_8 = 8.62546024534706DV_9 = -2.188307380566446OBJECTIVE_1 = -1923.7371106154将每次的夹紧力的大小随实验次数的变化绘制出下图，可以看出，在-1900左右达到最大。6. 将接下来利用优化算法MOST进行优化仿真，操作步骤基本相同，最后输出结果见附件2。最终得到优化后的每个变量的最优值如下表。Optimum design point:Run # = 165Objective = -1558.5986218896Penalty = 0.0ObjectiveAndPenalty = -1558.5986218896DV_1 = 2.0DV_10 = 5.8248282081525025DV_2