优化设计以满足定制目标(代码)
这个例子展示了如何优化设计，以满足客户的目标使用sdo.optimize．您可以优化气缸参数，使气缸几何形状最小化，满足设计要求。
液压缸模型
打开Simulin万博1manbetxk模型。
sys =“sdoHydraulicCylinder”；open_system(系统);
液压缸模型基于Simulink模型万博1manbetxsldemo_hydcyl．该模型包括:
泵和油缸总成子系统。有关子系统的更多信息，请参见单液压缸仿真．
应用于气缸控制阀孔面积的一种阶跃变化，使气缸活塞位置发生变化。
液压缸设计问题
调整气缸横截面积和活塞弹簧常数，满足以下设计要求:
确保活塞位置的阶跃响应上升时间小于0.04秒，整定时间小于0.05秒。
限制最大气缸压力为1.75e6 N/m。
尽量减少圆柱体的横截面积。
指定设计变量
选取以下模型参数作为设计变量进行优化:
圆柱横截面积
交流
活塞弹簧常数
K
Ac = sdo.getParameterFromModel (“sdoHydraulicCylinder”，“交流”）;K = sdo.getParameterFromModel (“sdoHydraulicCylinder”，“K”）;
将圆柱体截面积限制在半径为1 ~ 2厘米的圆形区域内。
Ac.Minimum =π* 1依照^ 2;% m ^ 2Ac.Maximum =π* 2依照^ 2;% m ^ 2
将活塞弹簧常数限制在1e4 ~ 10e4 N/m范围内。
K.Minimum = 1 e4;% N / mK.Maximum = 10 e4;% N / m
指定设计要求
设计要求记录模型信号。在优化过程中，使用设计变量的当前值对模型进行模拟，并使用记录的信号来评估设计需求。
记录以下信号：
气缸压力，可在第一个输出端口
油缸总成块
压力= Simulink万博1manbetx.SimulationData.SignalLoggingInfo;压力。BlockPath =“sdoHydraulicCylinder /缸总成”；压力。OutputPortIndex = 1;
活塞位置，可在第二个输出端口
油缸总成块
PistonPosition = 万博1manbetxSimulink.SimulationData.SignalLoggingInfo;PistonPosition。BlockPath =“sdoHydraulicCylinder /缸总成”; PistonPosition.OutputPortIndex=2；
创建一个对象来存储日志信息，并在以后用于模拟模型
模拟器= sdo。模拟(“sdoHydraulicCylinder”）;simulator.LoggingInfo.Signals = (PistonPosition,压力);
指定活塞位置阶跃响应要求上升时间小于0.04秒，沉降时间小于0.05秒。
PistonResponse = sdo.requirements.StepResponseEnvelope;集(PistonResponse,．..的上升时间, 0.04,．..“FinalValue”, 0.04,．..“SettlingTime”, 0.05,．..“PercentSettling”1);
指定最大气缸压力要求小于1.75e6 N/m。
MaxPressure = sdo.requirements.SignalBound;集(MaxPressure,．..“BoundTimes”, 0.1 [0],．..“BoundMagnitudes”(1.75 e6 1.75 e6),．..“类型”，“< =”）;
为方便起见，请将性能需求收集到单个结构中，以便稍后使用。
需求=结构(．..“PistonResponse”PistonResponse,．..“MaxPressure”, MaxPressure);
创建目标/约束函数
为了优化气缸横截面积和活塞弹簧常数，创建一个函数来评估气缸的设计。在每次优化迭代时调用此函数。
在这里，使用一个带参数的匿名函数来调用sdoHydraulicCylinder_design函数。
evalDesign = @(p) sdohydraulic cylinder (p,simulator,requirements);
功能:
具有一个指定气缸横截面积和活塞弹簧常数值的输入参数。
返回优化目标值和优化约束违背值。
优化解算器最小化目标值，并尝试将优化约束冲突值保持为负值。类型帮助sdoExampleCostFunction有关如何编写目标/约束函数的更多细节。
的sdoHydraulicCylinder_design函数使用模拟器和需求评估设计的对象。类型编辑sdoHydraulicCylinder_design以更详细地检查函数。
类型sdoHydraulicCylinder_design
功能设计=sdoHydraulicCylinder_设计（p，模拟器，要求）%sdoHydraulicCylinder_设计%%sdoHydraulicCylinder_设计功能用于评估气缸%设计%%| p |输入参数是圆柱体设计参数的向量。%%|simulator |输入参数是一个sdo.SimulinkTest对象，用于%模拟| sdoHydraulicCylinder |模型和日志模拟信号%%The | requirements |输入参数包含用于评估圆柱体设计%%The | design |返回参数包含有关可使用的设计%评估的信息通过| sdo.optimize |函数优化%设计%%另请参见万博1manbetxsdo.optimize，sdoExampleCostFunction%版权所有2011 The MathWorks，Inc.%%Simulate The model%%使用模拟器输入参数模拟模型和日志模型%信号。%%首先确保我们使用优化器选择的参数值%模拟模型模拟器参数=p；%模拟模型和日志信号。%模拟器=模拟机（模拟器）；%获取仿真信号日志，仿真日志名称由%model | SignalLoggingName |属性%logName=Get_param（'sdoHydraulicCylinder'，'SignalLoggingName'）定义；simLog=get（simulator.LoggedData，logName）；%评估设计要求%%使用需求输入参数评估设计要求%%检查PistonPosition信号是否符合stepresponse要求%PistonPosition=get（simLog，'PistonPosition'）；cPiston=评估要求（要求.活塞响应，活塞位置.值）；%根据最大要求%Pressures=find（simLog，'Pressures'）检查压力信号；C压力=评估要求（要求.最大压力，压力.值）；%使用PistonResponse和MaxPressure要求作为优化的非线性%约束。design.Cleq=[cPiston（：）；cPressure（：）]；%增加设计目标，使气缸横截面积Ac=p（1）；%因为我们称之为sdo.optimize（evalDesign[Ac；K]）design.F=Ac.Value；终止
评估初步设计
用初始气缸横截面积和初始活塞弹簧常数来调用目标函数。
initDesign = evalDesign ((Ac; K));
该功能模拟模型并评估设计需求。结果表明，活塞位置阶跃响应满足最大压力要求，但不满足活塞位置阶跃响应要求。
initDesign是一个具有以下字段的结构:
Cleq证明了一些不等式约束是正的，表明它们不满足初始设计。
initDesign。Cleq
Ans = -0.3839 -0.1861 -0.1836 -1.0000 0.3033 0.2909 0.1671 0.2326 -0.0480 -0.0480
F显示优化目标值(在本例中为圆柱体横截面积)。初始设计横截面积与预期的相同，与初始横截面积参数相同交流．
initDesign。F
ans = 1.0000 e 03
优化设计
通过目标函数、初始横截面积和活塞弹簧常数值sdo.optimize．
[pOpt, optInfo] = sdo.optimize (evalDesign (Ac; K));
优化开始2021年- 2月23日19:10:06 max一阶Iter F-count f (x)约束最优步长11 0 5 0.001 0.3033 1 0.00057281 0.07293 0.48 85.4 - 2 17 0.000391755 0 0.128 28 3 22 0.000387832 0 0.00277 0.00461 - 4 27 0.000382514 0.000376867 0.00372 0.00183 5 32 0 0.00395 0.00125 6 37 0.000373784 0 0.00225 0.000908局部最小值满足约束条件。优化完成是因为目标函数在可行方向上不减小到最优性公差的值内，约束条件满足到约束公差的值内。
优化通过调整横截面积和活塞弹簧常数来反复评估气缸的设计，以满足设计要求。从范围看，最大压力和活塞响应要求是否满足。
的sdo.optimize函数返回:
pOpt显示优化的横截面积和活塞弹簧常数值。
pOpt
pOpt(1,1) = Name: 'Ac' Value: 3.7378e-04 Minimum: 3.1416e-04 Maximum: 0.0013 Free: 1 Scale: 0.0020 Info: [1x1 struct] pOpt(2,1) = Name: 'K' Value: 1.5665e+04 Minimum: 10000 Maximum: 100000 Free: 1 Scale: [1x1 struct] 2x1 param. pOpt(1,1) = Name: 'K' Value: 1.5665e+04 Minimum: 10000 Maximum: 100000 Free: 1 Scale: 65536 Info: [1x1 struct] 2x1连续
optInfo是一种包含优化迭代次数和优化设计等优化终止信息的结构。
optInfo
optInfo = struct with fields: Cleq: [10x1 double] F: 3.7378e-04 Gradients: [1x1 struct] exitflag: 1 iterations: 6 SolverOutput: [1x1 struct] Stats: [1x1 struct]
例如,Cleq现场结果表明，优化后的非线性不等式约束对内优化公差均为非正值，表明最大压力和活塞响应要求均得到满足。
optInfo。Cleq
Ans = -0.0992 -0.0156 -0.0156 -1.0000 -0.2064 -0.0024 -0.0043 -0.0003 -0.0476 -0.0476
的F字段包含优化的横截面积。优化后的截面积值比初始值小近50%。
optInfo。F
ans = 3.7378 e-04
更新模型变量值
默认情况下，模型变量交流和K在优化结束时不会更新。使用setValueInModel命令更新模型变量值。
sdo.setValueInModel (“sdoHydraulicCylinder”pOpt)
相关的例子
学习如何优化气缸设计使用响应优化器,请参阅优化设计以满足自定义目标(GUI)．
%关闭模型bdclose (“sdoHydraulicCylinder”）
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