一種基于改進的緊湊式教學優(yōu)化算法的機械參數(shù)軟測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及制造領(lǐng)域的機械安裝參數(shù)軟測量。
【背景技術(shù)】
[0002] 信息時代的到來，零部件越來越精細，加工的特征尺寸越來越精密，使得超精密測 量技術(shù)、超精密定位技術(shù)和更加先進的制造技術(shù)顯得越來越重要。在機械系統(tǒng)的制造過程 中，機械系統(tǒng)的動作精度不僅取決于零件的制造精度，同時取決于零件在系統(tǒng)中的安裝精 度。但在目前，受限于安裝過程中復雜多變的環(huán)境因素，精密零件的安裝精度通常遠遠小于 零件的制造精度，無法滿足高精度系統(tǒng)的要求，因此需要對安裝完成后的機械系統(tǒng)參數(shù)進 行測量，但在零件安裝完成后用傳統(tǒng)的傳感器和測量方法常常難于測量其安裝機械參數(shù)， 因而需要有新的測量方法來完成機械系統(tǒng)的安裝參數(shù)及誤差測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決系統(tǒng)零件安裝完成后用傳統(tǒng)的傳感器和測量方法常常 難于測量其安裝機械參數(shù)的問題，本發(fā)明提供一種基于改進的緊湊式教學優(yōu)化算法的機械 參數(shù)軟測量方法。
[0004] 本發(fā)明的一種基于改進的緊湊式教學優(yōu)化算法的機械參數(shù)軟測量方法，所述方法 包括如下步驟：
[0005] 步驟一：建立待測系統(tǒng)模型，確定需測量的機械參數(shù)；
[0006] 步驟二：測量系統(tǒng)模型中可以直接測得的參數(shù)，代入系統(tǒng)模型中，建立模型方程；
[0007] 步驟三：建立優(yōu)化算法目標函數(shù)；
[0008] 步驟四：測量待測系統(tǒng)的η組輸入和對應的η組輸出，代入目標函數(shù)；
[0009] 步驟五：初始化計數(shù)器t = 0,均值初始值yt[i] = 0,方差初始值σ t[i] = λ ;i =0,…η ;構(gòu)成PV矩陣的初始值
，PV的每一行包含高斯分布的一組均 值和方差；其中t為算法迭代次數(shù)計數(shù)器的計數(shù)，由PV矩陣生成隨機向量Trt的初始值；
[0010] 步驟六：由PV矩陣生成隨機向量Stt，Stt中的每一個元素對應PV矩陣中一組均 值和方差決定的高斯函數(shù)的隨機值；
[0011] 步驟七：計算均值DMeant= randiX (Trt_round(l+rand2(0,1)) X μ t)，round 函數(shù) 接受一個參數(shù)返回與參數(shù)最近的整數(shù)，randJP rand 2均為隨機函數(shù)；
[0012] 步驟八：更新
；
[0013] 步驟九：將潑廠和Trt分別代入目標函數(shù)，將獲得的函數(shù)值進行比較，若 CN 105160069 A 說明書 2/6 頁

表示目標函數(shù)得到的較差解向量，winner表示目標函數(shù)得到的較優(yōu) 解向量；
[0014] 步驟十：輪流對winner和loser的每一項進行一次相互替換，然后比較替換后 的winner和替換前的winner兩者在目標函數(shù)下的表現(xiàn)，如果替換后的表現(xiàn)較好，則替換 winner和loser對應的項；
[0015] 步驟十一：更新均值和標準差：
[0016]
，更新PV矩陣； Np表示緊湊式教學優(yōu)化算法虛擬人口數(shù)；
[0017] 步驟十二：由步驟十一獲得的PV矩陣隨機生成; _8] 步驟十三：將汾廣：和分別代入目標函數(shù)，將獲得的函數(shù)值進行比較，若
，生
[0019] 步驟十四：將新的Stf1和Trt分別代入目標函數(shù)，將獲得的函數(shù)值進行比較，若
[0020] 步驟十五：輪流對winner和loser的每一項進行一次相互替換，然后比較替換后 的winner和替換前的winner兩者在目標函數(shù)下的表現(xiàn)，如果替換后的表現(xiàn)較好，則替換 winner和loser對應的項；
[0021] 步驟十六：更新均值和標準差：
[0022]
，更新PV矩陣；
[0023] 步驟十七：更新 Trt+1= winner ;
[0024] 步驟十八：t = t+1，判斷t是否等于設定的值iteration maximum，若是，則轉(zhuǎn)入 步驟十六，若否，則轉(zhuǎn)入步驟五；
[0025] 步驟十九：取Trt(t e [0，iteration maximum])的最大值Trmax作為最優(yōu)解向量 St〇pt;
[0026] 步驟二十：將步驟十九所得的最優(yōu)解Stcipt*的參數(shù)按需測量的機械參數(shù)的順序 對應到所求的參數(shù)，獲得系統(tǒng)模型中不能直接測得的機械參數(shù)。
[0027] 步驟三：建立優(yōu)化算法目標函數(shù)：
[0028] 對于待測系統(tǒng)模型表達為Y = A ·Χ的線性系統(tǒng)，待測系統(tǒng)模型描述中X表示輸入， Y表示輸出，A為系統(tǒng)參數(shù)，建立其目標函數(shù)為：
[0029]
[0030] 待測系統(tǒng)中有η組輸出，η為大于1的常數(shù)，i = 0，"·η ;
[0031 ] 對于待測系統(tǒng)模型表達為Y = A Χ+Β的線性系統(tǒng)，建立其目標函數(shù)為：
[0032]
[0033] A和B均為系統(tǒng)參數(shù)；
[0034] 對于待測系統(tǒng)模型表達為Y = A · X · C+B的線性系統(tǒng)，建立其目標函數(shù)為：
[0035]
[0036] A、B和C均為系統(tǒng)參數(shù)；
[0037] 對于輸入和輸出為非線性關(guān)系的待測系統(tǒng)，可通過數(shù)學方法對其進行線性化，近 似為上述的線性系統(tǒng)，建立對應的目標函數(shù)；
[0038] 對于輸入輸出不能表達為顯式函數(shù)關(guān)系的待測系統(tǒng)，待測系統(tǒng)模型為G(R，X，Υ) =0, R為參數(shù)向量，建立其目標函數(shù)為：
[0039] Ci.
[0040] Np 等于 2〇。
[0041] λ 等于 10。
[0042] 本發(fā)明的有益效果在于，改進的緊湊式教學優(yōu)化算法的采用，使誤差參數(shù)的測量 不受測量的參數(shù)和需求參數(shù)的維數(shù)所限制，不受傳統(tǒng)方法解算方程時參數(shù)矩陣不能為奇異 矩陣的限制，誤差參數(shù)的個數(shù)和需要測量的參數(shù)的個數(shù)不受限制；目標函數(shù)建立方法具有 很高的適應性，能應用于線性系統(tǒng)，可線性化的非線性系統(tǒng)，模塊化的復雜系統(tǒng)等系統(tǒng)；算 法的性能良好，迭代速度快，根據(jù)需要可以滿足各類精度需要。
【附圖說明】
[0043] 圖1為【具體實施方式】中的步驟五至步驟十一的原理示意圖。
[0044] 圖2為【具體實施方式】中的步驟十二至步驟十六的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0045] 結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述的一種基于改進的緊湊式教學 優(yōu)化算法的機械參數(shù)軟測量方法，所述方法包括如下步驟：
[0046] 步驟一：建立待測系統(tǒng)模型，確定需測量的機械參數(shù)；
[0047] 步驟二：測量系統(tǒng)模型中可以直接測得的參數(shù)，代入系統(tǒng)模型中，建立模型方程；
[0048] 步驟三：建立優(yōu)化算法目標函數(shù)：
[0049] 對于待測系統(tǒng)模型表達為Y = A ·Χ的線性系統(tǒng)，待測系統(tǒng)模型描述中X表示輸入， Y表示輸出，A為系統(tǒng)參數(shù)，建立其目標函數(shù)為：
[0050]
，'
[0051] 待測系統(tǒng)中有η組輸出，η為大于1的常數(shù)，i = 0，"·η ;
[0052] 對于待測系統(tǒng)模型表達為Y = A Χ+Β的線性系統(tǒng)，建立其目標函數(shù)為：
[0053]
_
[0054] A和B均為系統(tǒng)參數(shù)；
[0055] 對于待測系統(tǒng)模型表達為Y = A · X · C+B的線性系統(tǒng)，建立其目標函數(shù)為：
[0056]
_
[0057] A、B和C均為系統(tǒng)參數(shù)；
[0058] 對于輸入和輸出為非線性關(guān)系的待測系統(tǒng)，可通過數(shù)學方法對其進行線性化，近 似為上述的線性系統(tǒng)，建立對應的目標函數(shù)；
[0059] 對于輸入輸出不能表達為顯式函數(shù)關(guān)系的待測系統(tǒng)，待測系統(tǒng)模型為G(R，X，Υ) =0, R為參數(shù)向量，建立其目標函數(shù)為：
[0060] 〇
[0061] 對于復雜機械系統(tǒng)，通常可以將其模塊化，各個子模塊分別等價于一個簡單模 型；
[0062] 對于模型中含有誤差參數(shù)的復雜函數(shù)的情況，直接套用上面的方法建立目標函數(shù) 進行計算可能會出現(xiàn)計算速度過慢的情況，也不符合緊湊式教學優(yōu)化算法用于嵌入式和微 控制系統(tǒng)的初衷，可以考慮通過泰勒展開去除高次項或與之相近的方法在不影響最終結(jié)果 的情況下建立簡化的近似模型加快迭代速度。
[0063] 步驟四：測量待測系統(tǒng)的η組輸入和對應的η組輸出，代入目標函數(shù)；
[0064] 步驟五：初始化計數(shù)器t = 0,均值初始值μ t[i] = 0,方差初始值σ t[i] = λ， λ等于10 ;i = 〇,…η ;