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基于混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器的滾齒碳耗模型求解方法

閱讀：883發(fā)布：2020-05-08

專利匯可以提供基于混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器的滾齒碳耗模型求解方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 公開了一種基于混沌亨利氣體 溶解度 優(yōu)化器的滾齒 碳 耗模型求解方法，步驟為：（1）實現(xiàn)混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器；（2）實現(xiàn)基于混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器的滾齒碳耗模型求解。本發(fā)明具有如下優(yōu)點：1、首次提出混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化 算法 ：將混沌映射方法融入亨利氣體溶解度 優(yōu)化算法 中，生成混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器，性能更加優(yōu)越；2、滾齒加工參數(shù)與碳耗同步改進：利用混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器不斷優(yōu)化滾齒加工參數(shù)，并利用碳耗模型進行評價，讓滾齒加工參數(shù)與碳耗同時達到近似最優(yōu)狀態(tài)。從而解決滾齒碳耗求解難題。，下面是基于混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器的滾齒碳耗模型求解方法專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種基于混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器的滾齒碳耗模型求解方法，其特征在于，對已知的滾齒碳耗模型按照以下步驟進行滾齒碳耗模型求解，具體步驟為：
步驟1：實現(xiàn)混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器；
步驟1.1：初始化
亨利氣體種群HAP表示為{X1,X2,···,Xn}，n為正整數(shù)，Xi表示種群中第i個氣體，氣體中包含1個或多個屬性，即Xi＝{xi,1,xi,2,···,xi,m}，m是氣體屬性的個數(shù)，為正整數(shù)，輸入Xi各屬性的數(shù)值范圍，在數(shù)值范圍內(nèi)對HAP進行隨機初始化，設(shè)定氣體種類個數(shù)num_gt，系數(shù)a1＝0.05，a2＝100，a3＝0.01，亨利類型系數(shù)Hj(t)＝a1·rand()，t表示迭代計數(shù)變量，t初始化為1，0力Pi,j＝a2·rand()，系數(shù)Cj＝a3·rand()，rand()是能生成0到1之間隨機數(shù)的函數(shù)，迭代最大次數(shù)mIter；
步驟1.2：分類
亨利氣體種群HAP分成num_gt個團簇，團簇內(nèi)氣體個數(shù)近乎相等，每個團簇使用相同的亨利類型系數(shù)Hj；
步驟1.3：評價
使用求解目標數(shù)學模型對每個團簇進行評估，并對氣體進行排序，得到每個團簇中的最優(yōu)氣體Xj,best以及亨利氣體種群HAP中的全局最優(yōu)氣體Xbest；
步驟1.4：如果t步驟1.5：更新亨利類型系數(shù)、溶解度、氣體位置
結(jié)合混沌映射，使用公式(3)更新亨利類型系數(shù)，使用公式(2)更新氣體溶解度，使用公式(1)更新氣體的位置；
式中，r表示0到1之間的隨機實數(shù)，α是其他氣體的影響，α＝1，β為一常數(shù)，β＝1，F(xiàn)i,j(t)表示第t代第j個團簇中第i個氣體的函數(shù)值，通過數(shù)學模型計算，F(xiàn)best(t)表示第t代時最優(yōu)氣體Xbest對應(yīng)的函數(shù)值，exp()表示自然常數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)，Si,j(t)表示溶解度，由公式(2)與(3)計算；
Si,j(t)＝Hj(t+1)·Pi,j(t)????????????????????(2)
式中，Tθ＝298.15，chao(t)表示帳篷型混沌映射函數(shù)，使用公式(4)進行計算，chao(t)的初始值chao(1)為0.7；
步驟1.6：逃離局部最優(yōu)
使用公式(5)排列并選擇最差氣體數(shù)；
Nw＝n·(rand(0.1)+0.1)????????????????(5)
步驟1.7：更新最差氣體位置
使用公式(6)更新最差氣體的位置；
Gk＝Gmin+r·(Gmax-Gmin)?????????????????(6)
式中，Gk是最差氣體的位置，0步驟1.8：再次評價
使用求解目標數(shù)學模型對每個團簇進行重新評估，并對氣體進行排序以更新Xj,best以及Xbest；
步驟1.9：t＝t+1，轉(zhuǎn)至，步驟1.4；
步驟1.10：輸出Xbest；
步驟2：實現(xiàn)滾齒碳耗模型求解；
獲取滾齒碳耗模型，利用混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器進行求解，具體步驟如下：
步驟2.1：設(shè)置滾齒加工參數(shù)范圍，在參數(shù)范圍內(nèi)生成n個滾齒加工參數(shù)，形成滾齒參數(shù)種群，與亨利氣體種群HAP一一對應(yīng)；
步驟2.2：使用滾齒碳耗模型充當數(shù)學模型，以評價滾齒參數(shù)的好壞，此外，當不滿足約束條件時，需要剔除相應(yīng)的滾齒加工參數(shù)；
步驟2.3：運行步驟1，輸入num_gt和mIter，得到Xbest，即最優(yōu)滾齒加工參數(shù)，其對應(yīng)的碳耗值即為最優(yōu)碳耗。

說明書全文

基于混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器的滾齒碳耗模型求解方法

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明涉及一種基于混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器的滾齒碳耗模型求解方法，屬于齒輪加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

[0002] 在實際滾齒加工中，工藝人員建立了滾齒加工碳耗模型之后，難以求解該模型，人工求解加工參數(shù)耗時較高，容易出錯，對生產(chǎn)效率、碳耗優(yōu)化存在重大影響。
[0003] 國內(nèi)對滾齒過程中的碳耗求解研究較少，所以將混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器融入到滾齒碳耗求解中，從而得到加工參數(shù)并指導(dǎo)加工是新穎的，目前在這方面的研究是欠缺的。

發(fā)明內(nèi)容

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器的滾齒碳耗模型求解方法，能夠有效避免人工求解帶來的保守問題，達到降低碳耗的目的。
[0005] 本發(fā)明中主要采用的技術(shù)方案為：
[0006] 一種基于混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器的滾齒碳耗模型求解方法，對已知的滾齒碳耗模型按照以下步驟進行滾齒參數(shù)的求解，具體步驟為：
[0007] 步驟1：實現(xiàn)混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器；
[0008] 步驟1.1(初始化)：亨利氣體種群HAP表示為{X1,X2,···,Xn}，n為正整數(shù)，Xi表示種群中第i個氣體，氣體中可以包含1個或多個屬性，即Xi＝{xi,1,xi,2,···,xi,m}，m是氣體屬性的個數(shù)，為正整數(shù)，輸入Xi各屬性的數(shù)值范圍，在數(shù)值范圍內(nèi)對HAP進行隨機初始化，設(shè)定氣體種類個數(shù)num_gt，系數(shù)a1＝0.05，a2＝100，a3＝0.01，亨利類型系數(shù)Hj(t)＝a1·rand()，t表示迭代計數(shù)變量，t初始化為1，0力Pi,j＝a2·rand()，系數(shù)Cj＝a3·rand()，rand()是能生成0到1之間隨機數(shù)的函數(shù)，迭代最大次數(shù)mIter；
[0009] 步驟1.2(分類)：亨利氣體種群HAP分成num_gt個團簇，團簇內(nèi)氣體個數(shù)近乎相等，每個團簇使用相同的亨利類型系數(shù)Hj；
[0010] 步驟1.3(評價)：使用求解目標數(shù)學模型對每個團簇進行評估，并對氣體進行排序，得到每個團簇中的最優(yōu)氣體Xj,best以及亨利氣體種群HAP中的全局最優(yōu)氣體Xbest；
[0011] 步驟1.4：如果t
[0012] 步驟1.5(更新亨利類型系數(shù)、溶解度、氣體位置)：結(jié)合混沌映射，使用公式(3)更新亨利類型系數(shù)，使用公式(2)更新氣體溶解度，使用公式(1)更新氣體的位置；
[0013]
[0014]
[0015] 式中，r表示0到1之間的隨機實數(shù)，α是其他氣體的影響，α＝1，β為一常數(shù)，β＝1，F(xiàn)i,j(t)表示第t代第j個團簇中第i個氣體的函數(shù)值，通過數(shù)學模型計算，F(xiàn)best(t)表示第t代時最優(yōu)氣體Xbest對應(yīng)的函數(shù)值，exp()表示自然常數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)，Si,j(t)表示溶解度，由公式(2)與(3)計算；
[0016]
[0017]
[0018] 式中，Tθ＝298.15，chao(t)表示帳篷型混沌映射函數(shù)，使用公式(4)進行計算，chao(t)的初始值chao(1)為0.7；
[0019]
[0020] 步驟1.6(逃離局部最優(yōu))：使用公式(5)排列并選擇最差氣體數(shù)；
[0021] Nw＝n·(rand(0.1)+0.1)?????????????????????????(5)
[0022] 步驟1.7(更新最差氣體位置)：使用公式(6)更新最差氣體的位置；
[0023] Gk＝Gmin+r·(Gmax-Gmin)????????????????????????(6)
[0024] 式中，Gk是最差氣體的位置，0
[0025] 步驟1.8(再次評價)：使用求解目標數(shù)學模型對每個團簇進行重新評估，并對氣體進行排序以更新Xj,best以及Xbest；
[0026] 步驟1.9：t＝t+1，轉(zhuǎn)至，步驟1.4；
[0027] 步驟1.10：輸出Xbest。
[0028] 步驟2：實現(xiàn)滾齒碳耗模型求解；
[0029] 獲取滾齒碳耗模型，利用混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器進行求解，具體步驟如下：
[0030] 步驟2.1：設(shè)置滾齒加工參數(shù)范圍，在參數(shù)范圍內(nèi)生成n個滾齒加工參數(shù)，形成滾齒參數(shù)種群，與亨利氣體種群HAP一一對應(yīng)；
[0031] 步驟2.2：使用滾齒碳耗模型充當數(shù)學模型，以評價滾齒參數(shù)的好壞，此外，當不滿足約束條件時，需要剔除相應(yīng)的滾齒加工參數(shù)；
[0032] 步驟2.3：運行步驟1，輸入num_gt和mIter，得到Xbest，即最優(yōu)滾齒加工參數(shù)，其對應(yīng)的碳耗值即為最優(yōu)碳耗。
[0033] 有益效果：本發(fā)明提供一種基于混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器的滾齒碳耗模型求解方法，具有如下優(yōu)點：
[0034] 1、首次提出混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化算法：將混沌映射方法融入亨利氣體溶解度優(yōu)化算法中，生成混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器，性能更加優(yōu)越；
[0035] 2、滾齒加工參數(shù)與碳耗同步改進：利用混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器不斷優(yōu)化滾齒加工參數(shù)，并利用碳耗模型進行評價，讓滾齒加工參數(shù)與碳耗同時達到近似最優(yōu)狀態(tài)。從而解決滾齒碳耗求解難題。附圖說明
[0036] 圖1為本發(fā)明具體實施方式中基于混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器的滾齒碳耗模型求解過程的示意圖；
[0037] 圖2為本發(fā)明具體實施方式中滾齒參數(shù)及碳耗目標的十次試驗數(shù)值分布示意圖。

具體實施方式

[0038] 為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面對本申請實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當屬于本申請保護的范圍。
[0039] 如圖1所示，一種基于混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器的滾齒碳耗模型求解方法，對已知的滾齒碳耗模型按照以下步驟進行滾齒參數(shù)的求解，具體步驟為：
[0040] 步驟1：實現(xiàn)混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器；
[0041] 步驟1.1(初始化)：亨利氣體種群HAP表示為{X1,X2,···,Xn}，n為正整數(shù)，Xi表示種群中第i個氣體，氣體中可以包含1個或多個屬性，即Xi＝{xi,1,xi,2,···,xi,m}，m是氣體屬性的個數(shù)，為正整數(shù)，輸入Xi各屬性的數(shù)值范圍，在數(shù)值范圍內(nèi)對HAP進行隨機初始化，設(shè)定氣體種類個數(shù)num_gt，系數(shù)a1＝0.05，a2＝100，a3＝0.01，亨利類型系數(shù)Hj(t)＝a1·rand()，t表示迭代計數(shù)變量，t初始化為1，0
[0042] 步驟1.2(分類)：亨利氣體種群HAP分成num_gt個團簇，團簇內(nèi)氣體個數(shù)近乎相等，每個團簇使用相同的亨利類型系數(shù)Hj；
[0043] 步驟1.3(評價)：使用求解目標數(shù)學模型對每個團簇進行評估，并對氣體進行排序，得到每個團簇中的最優(yōu)氣體Xj,best以及亨利氣體種群HAP中的全局最優(yōu)氣體Xbest；
[0044] 步驟1.4：如果t
[0045] 步驟1.5(更新亨利類型系數(shù)、溶解度、氣體位置)：結(jié)合混沌映射，使用公式(3)更新亨利類型系數(shù)，使用公式(2)更新氣體溶解度，使用公式(1)更新氣體的位置；
[0046]
[0047]
[0048] 式中，r表示0到1之間的隨機實數(shù)，α是其他氣體的影響，α＝1，β為一常數(shù)，β＝1，F(xiàn)i,j(t)表示第t代第j個團簇中第i個氣體的函數(shù)值，通過數(shù)學模型計算，F(xiàn)best(t)表示第t代時最優(yōu)氣體Xbest對應(yīng)的函數(shù)值，exp()表示自然常數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)，Si,j(t)表示溶解度，由公式(2)與(3)計算；
[0049] Si,j(t)＝Hj(t+1)·Pi,j(t)??????????????????????????(2)
[0050]
[0051] 式中，Tθ＝298.15，chao(t)表示帳篷型混沌映射函數(shù)，使用公式(4)進行計算，chao(t)的初始值chao(1)為0.7；
[0052]
[0053] 步驟1.6(逃離局部最優(yōu))：使用公式(5)排列并選擇最差氣體數(shù)；
[0054] Nw＝n·(rand(0.1)+0.1)?????????????????????????(5)
[0055] 步驟1.7(更新最差氣體位置)：使用公式(6)更新最差氣體的位置；
[0056] Gk＝Gmin+r·(Gmax-Gmin)????????????????????????(6)
[0057] 式中，Gk是最差氣體的位置，0
[0058] 步驟1.8(再次評價)：使用求解目標數(shù)學模型對每個團簇進行重新評估，并對氣體進行排序以更新Xj,best以及Xbest；
[0059] 步驟1.9：t＝t+1，轉(zhuǎn)至，步驟1.4；
[0060] 步驟1.10：輸出Xbest。
[0061] 步驟2：實現(xiàn)滾齒碳耗模型求解；
[0062] 獲取滾齒碳耗模型，利用混沌亨利氣體溶解度優(yōu)化器進行求解，具體步驟如下：
[0063] 步驟2.1：，設(shè)置滾齒加工參數(shù)范圍，在參數(shù)范圍內(nèi)生成n個滾齒加工參數(shù)，優(yōu)選，n設(shè)置成35，形成滾齒參數(shù)種群，與亨利氣體種群HAP一一對應(yīng)；
[0064] 步驟2.2：使用滾齒碳耗模型充當數(shù)學模型，以評價滾齒參數(shù)的好壞，此外，當不滿足約束條件時，需要剔除相應(yīng)的滾齒加工參數(shù)；
[0065] 步驟2.3：運行步驟1，輸入num_gt和mIter，優(yōu)選num_gt設(shè)置成5，mIter設(shè)置成500，得到Xbest，即最優(yōu)滾齒加工參數(shù)，其對應(yīng)的碳耗值即為最優(yōu)碳耗。
[0066] 實施例：
[0067] 一次走刀的某次滾齒加工，滾齒加工參數(shù)包含主軸轉(zhuǎn)速s1(r/min)及進給量s2(mm/r)，已知該次滾齒加工的碳耗模型為：
[0068]
[0069]
[0070]
[0071] 按照本發(fā)明的具體步驟進行滾齒碳耗求解，s1min＝351.5r/min、s1max＝388.5r/min、s2min＝1.66mm/r、s2max＝1.83mm/r、刀尖半徑ra＝0.4mm、粗糙度閾值[Ra]＝3.2μm，切入行程din＝24.846mm，齒寬dw＝13mm，切出行程dout＝4.861mm，齒輪齒數(shù)z1＝41，滾刀頭數(shù)z0＝1，切削時間閾值[time]＝2s。得到滾齒參數(shù){388.5r/min,1.83mm/r}，切削碳耗為
0.0303kgCO2。
[0072] 為了驗證該方法的穩(wěn)定性，運行十遍，得滾齒參數(shù)及碳耗目標分布圖，如圖2所示，沒有出現(xiàn)離群點，證明本方法時極其穩(wěn)定的。
[0073] 從結(jié)果數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明所提方法在可行性和穩(wěn)定性方面有著很好的效果。可見，本發(fā)明所提方法在處理滾齒碳耗求解問題時可以獲得很好的解決方案。
[0074] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
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