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基于满意度的分插机构优化方法研究及软件集成

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摘要

分插机构是水稻插秧机的核心工作部件,其结构参数的优化是提高插秧机插秧质量和工作效率的关键。分插机构结构复杂,目标要求众多,其优化是典型的多目标优化问题,由于优化目标具有耦合性、非线性、模糊性,因此用传统的优化方法难以得到最优解。满意优化是解决分插机构多目标优化问题的理想方法,该方法基于满意度原理,不强调获取最优解而是根据具体情况寻求问题的满意解,可以很容易得到具有理想满意度的分插机构结构参数。
　　 本文以非直线排列式椭圆齿轮行星系分插机构为例,研究分插机构的运动学和动力学满意优化方法,具体的研究内容及结果如下:
　　 1)对非直线排列式椭圆齿轮行星系分插机构的运动学和动力学进行了分析,建立了分机构的运动学和动力学模型。
　　 2)根据分插机构运动学和动力学模型及分插机构的设计要求,建立分插机构优化模型,并在此基础上定义了分插机构满意度的概念,利用模糊数学中的综合评判法量化分插机构满意度。
　　 3)运用模糊综合评价获得样本满意度,并利用所得样本在MATLAB中对BP网络进行训练,获得分插机构满意度函数,用计算机实现了任意一组结构参数下分插机构性能的定量评价。
　　 4)以分插机构运动学和动力学的综合满意度为优化目标,采用改进的精英保留策略遗传算法对分插机构进行满意优化,获得一组优化数据:α=21.6501mm,κ=0.987101,α0=-55.3864°,δ0=28.8596°,(ψ)0=25.003°,S=169.062mm,H=130mm,W1=200r/min。该组参数下,各优化目标为:秧针轨迹高度324.45mm,轨迹的动穴口长度15.02mm,取秧角5.26°,推秧角62.67°,角度差57.41°,行星架力峰值253.58N,行星架力波动51.28N,栽植臂力峰值248.42N,栽植臂力波动27.06N,满意度为94.1092,与专家的经验值相符。
　　 5)按照优化结果对非直线排列式椭圆齿轮行星系分插机构进行了结构设计,利用UG软件完成了其三维造型和虚拟装配。基于ADAMS软件对所设计的分插机构进行动态仿真和分析,将仿真得到的结果和理论计算结果进行比较,验证了数学模型及优化结果的正确性。
　　 6)基于MATLAB平台开发分插机构满意度评价及优化软件。该软件具有良好的工作界面,其内容包括分插机构秧针尖点动轨迹和静轨迹仿真、分插机构运动学和动力学目标评价及总满意度评价、满意优化等,便于设计者即使是非专业研究人员,也能很方便地进行分插机构的理论分析和结构参数优化。本文所设计的是一种傻瓜式的分插机构优化软件,大大降低了优化问题对设计者和用户拥有相关专业知识的要求,对旋转式分插机构在插秧机上的推广应用具有重要的意义。

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