帝國競爭算法優(yōu)化設(shè)計(jì)論文

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1、使用ICA進(jìn)行彈簧參數(shù)優(yōu)化

1.1ICA尋優(yōu)的一般過程

與其他優(yōu)化算法類似，ICA開始于在搜索空間內(nèi)隨機(jī)生成的一定數(shù)目的初始解。每一個(gè)初始解都被稱為一個(gè)國家，由優(yōu)化問題目標(biāo)函數(shù)來評價(jià)這些國家的優(yōu)劣程度。其中一定數(shù)目的最優(yōu)秀的國家被視為帝國主義國家，其他國家被視為殖民地國家，并且被隨機(jī)分配給帝國主義國家,一個(gè)帝國主義國家及其下屬的殖民地國家組成一個(gè)帝國集團(tuán)。在分配殖民地國家給帝國主義國家時(shí)，每個(gè)帝國主義國家分配到的殖民地國家的數(shù)目與它的優(yōu)秀程度成正比。如果某殖民地國家向帝國主義國家移動(dòng)后，其新位置比帝國主義國家更優(yōu)秀，則需要互換該殖民地國家和帝國主義國家的位置。各個(gè)帝國集團(tuán)之間會(huì)以競爭的形式爭奪殖民地國家，從而壯大自身的勢力。該過程如下：首先，計(jì)算每個(gè)帝國集團(tuán)的總勢力（該集團(tuán)中帝國主義國家的勢力與所有殖民地國家勢力的平均值的一部分之和），然后，當(dāng)前勢力最弱的帝國內(nèi)部的最弱的殖民地國家將被置為自由狀態(tài)；所有的帝國集團(tuán)通過競爭來獲取該自由殖民地國家。勢力越大的帝國集團(tuán)，成功率也越大。隨著競爭過程不斷進(jìn)行，勢力強(qiáng)的帝國集團(tuán)占有越來越多的殖民地國家，而勢力弱的帝國集團(tuán)逐漸失去其所有的殖民地。最終，失去所有殖民地國家的帝國集團(tuán)將被覆滅。當(dāng)算法迭代一定的次數(shù)之后，將只剩下一個(gè)帝國，該帝國中的帝國主義國家所代表的解即為算法找到的最優(yōu)解。

1.2約束處理辦法

ICA算法是針對無約束問題設(shè)計(jì)的，用來優(yōu)化彈簧結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，必須對問題中的約束條件進(jìn)行處理。在此，我們假設(shè)每個(gè)可行解都要優(yōu)于任何非可行解，人為賦予非可行解更大的目標(biāo)函數(shù)值,同時(shí)假設(shè)違背約束條件越多的國家，其代表的解也越劣。在算法迭代過程中，檢測每個(gè)國家與前述約束條件的符合程度。假設(shè)某個(gè)國家違背了N個(gè)約束，則將該國家的目標(biāo)函數(shù)值設(shè)定為N*Mnumber.這里，Mnumber為一個(gè)數(shù)值很大的數(shù)，在我們的實(shí)驗(yàn)中，取99999。

2、求解實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

為了檢驗(yàn)本文提出的方法的可行性，并與其他方法進(jìn)行對比，我們選用了文獻(xiàn)中的算例進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算實(shí)驗(yàn)和分析。算法程序在MATLAB環(huán)境下運(yùn)行。初始國家數(shù)目設(shè)置為200，初始帝國數(shù)目設(shè)置為3，最大迭代次數(shù)設(shè)置為400次。對于片數(shù)為3和4兩種情況，分別進(jìn)行20次實(shí)驗(yàn)。由于文獻(xiàn)中并未提供[σ]1和[σ]2的值。鋼板彈簧片數(shù)取為3時(shí)，采用ICA算法得到的結(jié)果要優(yōu)于文獻(xiàn)中的結(jié)果，彈簧質(zhì)量減少了約2.4%，同時(shí)，兩種算法得到的應(yīng)力[σ]2大致相等，但I(xiàn)CA得到的應(yīng)力[σ]1降低了約23.2%；當(dāng)鋼板彈簧片數(shù)取為4時(shí)，文獻(xiàn)中給出的參數(shù)結(jié)果并不能滿足應(yīng)力[σ]2的約束要求，而本文的結(jié)果滿足許可應(yīng)力的要求。同時(shí)根據(jù)文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)，原設(shè)計(jì)中彈簧質(zhì)量為40.9kg，本文得到的結(jié)果為35.3363kg，比原設(shè)計(jì)減少了13.6%。

3、結(jié)論

本文提出了一種應(yīng)用帝國主義競爭算法進(jìn)行汽車變截面少片鋼板彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，實(shí)驗(yàn)表明，該方法可行且十分有效。該方法可以使汽車懸架的設(shè)計(jì)更加合理，在保證良好的形式穩(wěn)定性、平順性的同時(shí)，更大限度地降低鋼板彈簧的質(zhì)量，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

作者：白建忠 郜昊強(qiáng) 單位：江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心