基于遺傳算法的多目標優(yōu)化在三偏心蝶閥設計中的應用

　　將基于遺傳算法的多目標優(yōu)化引入三偏心蝶閥設計過(guò)程，根據產(chǎn)品性能要求可以選擇最合理的設計參數使2個(gè)相互沖突的主要設計目標(起閉性能指示角，力矩)同時(shí)達到最優(yōu)。且整個(gè)過(guò)程使用軟件完成，使設計人員擺脫繁重的重復計算勞動(dòng)，設計過(guò)程中經(jīng)驗的因素進(jìn)一步減少，將優(yōu)化設計思想進(jìn)引入產(chǎn)品設計過(guò)程。

　　密封和起閉性能是三偏心碟閥的2個(gè)主要設計目標，但這2個(gè)目標相互沖突，且與幾個(gè)基本設計參數有關(guān)。為了使產(chǎn)品具有更佳的性能，需要找出一組設計參數，使密封和起閉性能同時(shí)達到最優(yōu)。本文采用基于遺傳算法的多目標優(yōu)化算法，找出關(guān)于密封和起閉性能在限定范圍內的帕累托最優(yōu)線(xiàn)，在這條線(xiàn)上的每一個(gè)點(diǎn)都是在選定某一目標后這2個(gè)目標的最佳組合，同時(shí)可以得出這個(gè)最佳組合所對應的唯一的一組設計參數，即帕累托最優(yōu)線(xiàn)，為合理選擇設計參數提供了科學(xué)依據。

1、參數分析

　　密封和起閉性能2個(gè)設計目標，可以用起閉性能指示角θ和起閉力矩T描述。θ的計算，與圓錐角、圓錐軸線(xiàn)傾角φ、密封副半徑Rd、軸向偏心c、徑向偏心e、碟板厚度b等參數有關(guān)。正流狀態(tài)時(shí)只考慮開(kāi)閥力矩T0，逆流時(shí)為使關(guān)閉可靠應考慮外加力矩T1，則：

　　其中E為密封圈寬度；f為摩擦系數；p為介質(zhì)對碟板的壓力；K為計算得到的系數。

4、實(shí)例

　　如圖2所示，在對話(huà)框中輸入6個(gè)向量X，遺傳10代。輸入完畢后點(diǎn)擊“確定”按鈕，系統調用程序進(jìn)行后臺處理。運算結果如圖3所示，圖3(a)是在各參數的取值范圍內任意輸入的6個(gè)向量X對應的6個(gè)點(diǎn)(θ，T)，圖(b)是經(jīng)過(guò)遺傳算法優(yōu)化處理后得到的6個(gè)點(diǎn)�？梢钥闯�，這6個(gè)點(diǎn)近似構成一條從左至右下降的帕累托最優(yōu)線(xiàn)。這條線(xiàn)上的每一個(gè)點(diǎn)對應一個(gè)向量X，這些向量X已經(jīng)被存儲起來(lái)，可以根據產(chǎn)品性能需要，選取一個(gè)向量作為設計參數。綜上所述，可知：原本在一定取值范圍內的任取的任一向量經(jīng)過(guò)遺傳算法的優(yōu)化運算后，該向量所包含的兩個(gè)參數值能夠自行運算調整至設計所需的理想數值上。

圖3 運算演示對比

5、結語(yǔ)

　　本文提出了將基于遺傳算法的多目標優(yōu)化引入工程設計的思想，并將其應用到3偏心碟閥密封面設計中。把設計目標抽象為2個(gè)目標參數θ與T，對這2個(gè)參數進(jìn)行優(yōu)化，并用軟件來(lái)實(shí)現整個(gè)過(guò)程，免除了人工繁瑣的計算，進(jìn)一步減少了設計中的經(jīng)驗因素。