本發(fā)明涉及機(jī)床設(shè)計(jì)，具體涉及一種操作簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)效率高、可靠性和靈活性顯著提升的基于協(xié)同優(yōu)化策略的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)與制造精益化、全球化、協(xié)同化、服務(wù)化、綠色化、智能化的發(fā)展過程中，以經(jīng)驗(yàn)、類比為主導(dǎo)的傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)模式正逐步向以建模、仿真、優(yōu)化和分析為主導(dǎo)的設(shè)計(jì)模式過渡。進(jìn)給系統(tǒng)作為數(shù)控機(jī)床的核心組成部分，其運(yùn)動(dòng)精度、響應(yīng)速度、穩(wěn)定性等直接關(guān)系到機(jī)床的加工精度、加工效率。在新的設(shè)計(jì)模式下，國(guó)內(nèi)外針對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化開展了大量的研究：如在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，主要針對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)中的移動(dòng)部件、承載部件等，利用形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化、仿生學(xué)設(shè)計(jì)等方法，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給系統(tǒng)靜動(dòng)態(tài)特性、可靠性、節(jié)能性等方面的提升；而在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，粒子群算法、遺傳算法等人工智能算法被用于設(shè)計(jì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給系統(tǒng)抗干擾能力、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性、穩(wěn)定性和精度等性能指標(biāo)的提升。

2、但是，以上研究存在以下局限：（1）從設(shè)計(jì)對(duì)象來說，進(jìn)給系統(tǒng)是典型的機(jī)\電\液\控一體化的復(fù)雜系統(tǒng)，其性能不僅取決于各子系統(tǒng)的特性，還取決于各子系統(tǒng)之間的相互作用，這就導(dǎo)致了無法通過部件或子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)進(jìn)給系統(tǒng)的最大性能；（2）從設(shè)計(jì)流程來說，傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給設(shè)計(jì)流程采取串行設(shè)計(jì)模式，在不同設(shè)計(jì)階段選擇不同學(xué)科對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，各學(xué)科相對(duì)獨(dú)立地運(yùn)行，盡管其設(shè)計(jì)結(jié)果也能達(dá)到要求，但過程的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、計(jì)算效率低，且經(jīng)濟(jì)成本也較高。

3、多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化(multidisciplinary?design?optimization，mdo)作為面向具有多學(xué)科屬性復(fù)雜工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效優(yōu)化技術(shù)，目前已經(jīng)在汽車、飛行器、船舶等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其可以通過實(shí)現(xiàn)各學(xué)科的模塊化并行設(shè)計(jì)來縮短設(shè)計(jì)周期，通過考慮學(xué)科之間的相互耦合來挖掘設(shè)計(jì)潛力，通過系統(tǒng)的高度集成來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，通過各學(xué)科的綜合考慮來提高可靠性，通過多學(xué)科綜合設(shè)計(jì)來降低研制費(fèi)用。現(xiàn)有技術(shù)中，雖然有采用mdo進(jìn)行諸如機(jī)床床身與地腳協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)的案例，但床身與地腳之間的相互關(guān)系較為簡(jiǎn)單，其協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)方法難以應(yīng)用于機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)。

4、因此，為了設(shè)計(jì)高性能的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，必須利用復(fù)雜工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的最新成果，從系統(tǒng)整體性能最優(yōu)的角度出發(fā)，充分考慮各學(xué)科之間的耦合關(guān)系，對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)進(jìn)行新理論方法研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種操作簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)效率高、可靠性和靈活性顯著提升的基于協(xié)同優(yōu)化策略的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，還提供了一種存儲(chǔ)介質(zhì)。

2、本發(fā)明的基于協(xié)同優(yōu)化策略的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括設(shè)備選型、構(gòu)建子學(xué)科分析單元、子學(xué)科級(jí)優(yōu)化模型建立、構(gòu)建結(jié)構(gòu)學(xué)科代理模型、協(xié)同優(yōu)化步驟，具體過程如下：

3、a、設(shè)備選型：確定數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，完成主要設(shè)備的預(yù)選型；

4、b、構(gòu)建子學(xué)科分析單元：基于協(xié)同優(yōu)化方法，建立數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)mdo框架模塊中的子學(xué)科分析單元，所述子學(xué)科分析單元包括結(jié)構(gòu)學(xué)科分析單元、傳動(dòng)學(xué)科分析單元、流體力學(xué)學(xué)科分析單元、控制學(xué)科分析單元；

5、c、子學(xué)科級(jí)優(yōu)化模型建立：結(jié)合b步驟構(gòu)建的子學(xué)科分析單元，創(chuàng)建各學(xué)科優(yōu)化模型；

6、d、構(gòu)建結(jié)構(gòu)學(xué)科代理模型：針對(duì)結(jié)構(gòu)學(xué)科分析單元建立代理模型，建立代理模型包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、doe采樣計(jì)算、有限元計(jì)算、判斷模型精度、輸出擬合精度最高的代理模型步驟；

7、e、協(xié)同優(yōu)化：確定各學(xué)科分析單元相互影響和傳遞關(guān)系，結(jié)合c步驟構(gòu)建的各學(xué)科優(yōu)化模型及d步驟構(gòu)建的代理模型，創(chuàng)建協(xié)同優(yōu)化框架下的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化模型和學(xué)科優(yōu)化模型，然后開展學(xué)科級(jí)優(yōu)化模型與系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化模型的協(xié)同循環(huán)優(yōu)化，直到系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化目標(biāo)收斂，得到最終優(yōu)化結(jié)果并輸出。

8、進(jìn)一步地，所述a步驟中，所述數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)包括最大快移速度、加速度、最大承載、臺(tái)面尺寸和/或移動(dòng)行程，所述主要設(shè)備預(yù)選型包括電機(jī)和多頭泵。

9、進(jìn)一步地，所述b步驟具體過程如下：

10、b10、所述結(jié)構(gòu)學(xué)科分析單元中，利用有限元法對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的移動(dòng)部件進(jìn)行分析；其中輸入?yún)?shù)包括結(jié)構(gòu)尺寸、最大承載和/或結(jié)構(gòu)材料屬性，輸出參數(shù)包括移動(dòng)部件質(zhì)量、最大變形量；

11、b20、所述傳動(dòng)學(xué)科分析單元中，對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)特性、滾珠絲杠機(jī)械特性、動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析；其中輸入?yún)?shù)包括滾珠絲桿導(dǎo)程、直徑、移動(dòng)部件質(zhì)量、所選電機(jī)相關(guān)參數(shù)、最大快移速度和/或加速度，傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)特性分析以最大轉(zhuǎn)矩、有效轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載慣量作為輸出參數(shù)，滾珠絲杠機(jī)械特性以臨界轉(zhuǎn)速及最大軸向載荷作為輸出參數(shù)，動(dòng)力學(xué)特性采用集中質(zhì)量法進(jìn)行建模以傳動(dòng)鏈低階響應(yīng)特性作為輸出參數(shù)；

12、b30、所述流體力學(xué)學(xué)科分析單元中，對(duì)靜壓導(dǎo)軌工作特性進(jìn)行分析；輸入?yún)?shù)包括油腔尺寸、油墊尺寸和/或多頭泵選型參數(shù)，輸出參數(shù)包括單個(gè)油墊空載 w min、最大載荷 w max、空載及最大載荷下油腔壓力 p0和 p1、空載及最大載荷下導(dǎo)軌浮升 h0和 h1、平均靜剛度 j e；

13、b40、所述控制學(xué)科分析單元中，對(duì)控制系統(tǒng)的響應(yīng)特性進(jìn)行分析，在b20步驟的基礎(chǔ)上建立考慮位置環(huán)及速度環(huán)的控制系統(tǒng)；輸入?yún)?shù)包括位置環(huán)比例增益、速度環(huán)比例增益、速度環(huán)積分常數(shù)、電機(jī)選型參數(shù)、傳動(dòng)參數(shù)和/或被控對(duì)象參數(shù)，針對(duì)輸入?yún)?shù)建立閉環(huán)控制傳遞函數(shù)，然后分析前述傳遞函數(shù)并以itae指標(biāo)、routh判據(jù)、相位裕度及幅值裕度作為輸出參數(shù)。

14、進(jìn)一步地，所述b步驟中各子學(xué)科分析單元具體如下：

15、所述結(jié)構(gòu)學(xué)科分析單元是通過有限元法進(jìn)行分析，將移動(dòng)部件結(jié)構(gòu)參數(shù)與材料參數(shù)導(dǎo)入，然后進(jìn)行網(wǎng)格劃分、施加約束與載荷，以獲取移動(dòng)部件的重量m、典型工況下模型工作臺(tái)最大變形量 σ max，最后進(jìn)行有限元計(jì)算；

16、所述傳動(dòng)學(xué)科分析單元是以最大轉(zhuǎn)矩 t max、有效轉(zhuǎn)矩 trms、最大轉(zhuǎn)速 n m、負(fù)載慣量 γ為結(jié)果進(jìn)行運(yùn)動(dòng)特性分析，如式1所示：

17、，

18、式中： t c為機(jī)床切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩， j l為聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， j r為減速器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， j s為絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， j m為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， t sp為絲杠預(yù)緊力附加力矩， t f摩擦力矩， t e為機(jī)構(gòu)等效慣性力矩， ta及 ta分別為加速扭矩、加速時(shí)間， tt及 tb分別為勻速扭矩及勻速時(shí)間， td及 td分別為減速扭矩、減速時(shí)間， p b為絲杠導(dǎo)程， i為減速器減速比， m t為工作臺(tái)移動(dòng)質(zhì)量， m h為附加工件質(zhì)量， tc為循環(huán)時(shí)間， v max為進(jìn)給系統(tǒng)最大快移速度；

19、所述流體力學(xué)學(xué)科分析單元是針對(duì)配置靜壓導(dǎo)軌的進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)；重型數(shù)控機(jī)床由于重載、低速的工作特性，主要考慮靜態(tài)特性，對(duì)單個(gè)油墊空載 w min、最大載荷 w max下的油腔壓力 p0、 p1，空載、最大載荷下導(dǎo)軌浮升 h0、 h1及平均靜剛度 j e進(jìn)行分析計(jì)算，如式2所示：

20、，

21、式中： a e為有效承載面積，為靜壓腔結(jié)構(gòu)系數(shù)， b、 l分別為油腔尺寸， b、 l分別為油墊尺寸， μ為流體動(dòng)力粘度，q為多頭泵單頭流量；

22、所述控制學(xué)科分析單元是建立考慮機(jī)械子系統(tǒng)彈性的控制模型，考慮到電流環(huán)的頻率帶寬遠(yuǎn)大于速度環(huán)帶寬，將電流環(huán)等效為1，采用比例-積分-微分控制器及pi控制的速度環(huán)、p控制的位置環(huán)建立控制模型，得出閉環(huán)控制傳遞函數(shù)：

23、，

24、，

25、式中： s為復(fù)變量， k m為電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)， k p為位置環(huán)比例增益， k vp為速度環(huán)比例增益， k vi為速度環(huán)積分時(shí)間常數(shù)， k s為等效剛性， i為運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換系數(shù)， b為系統(tǒng)阻尼， j l為等效負(fù)載慣量， j m電機(jī)慣量；

26、基于上述閉環(huán)控制傳遞函數(shù)，以 k p、 k vp及 t s對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、相位裕度、幅值裕度進(jìn)行分析；

27、所述穩(wěn)定性，基于routh判據(jù)，判斷式5是否滿足以下不等式，若不滿足則不穩(wěn)定，若滿足則穩(wěn)定：

28、，

29、所述相位裕度及幅值裕度是將傳遞函數(shù)導(dǎo)入matlab，通過margin()函數(shù)自動(dòng)計(jì)算得到；

30、所述itae指標(biāo)如式6所示，用于通過itae指標(biāo)對(duì)控制學(xué)科的快速性和平穩(wěn)性進(jìn)行分析：

31、，

32、式中： t為時(shí)間變量， t a為響應(yīng)時(shí)間， e rr (t)為系統(tǒng)誤差。

33、進(jìn)一步地，所述b20步驟中滾珠絲杠機(jī)械特性所包含臨界轉(zhuǎn)速 v c，所允許的最大軸向屈曲載荷 f c1 、最大軸向彎曲載荷 f c2進(jìn)行計(jì)算：

34、，

35、 ，

36、式中： λ為支撐軸承系數(shù)，l為絲杠安裝間距， ρ為絲杠的密度， e為絲杠楊氏模量， j為絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)參數(shù)， p b為絲杠導(dǎo)程， d s為絲杠直徑， σ為絲杠允許拉壓力， a為絲杠截面積等于， η 1為支撐系數(shù)；

37、所述動(dòng)力學(xué)特性采用集中質(zhì)量法建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)拉格朗日能量法建立進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，并寫為矩陣的形式：

38、，

39、其中：；；

40、，

41、，

42、式中： t為矩陣轉(zhuǎn)置， θ m為伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角， θ s為滾珠絲杠在工作臺(tái)位置的轉(zhuǎn)角， x s為滾珠絲杠在螺母位置的軸向位移， x t為工作臺(tái)位移， q為切削力； j m為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， j s為滾珠絲杠等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， m s、 m t分別為滾珠絲杠等效質(zhì)量和工作臺(tái)移動(dòng)質(zhì)量； k rot為滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度， k ax為滾珠絲杠進(jìn)給系統(tǒng)的軸向剛度， k n絲杠螺母的接觸剛度， α為相切于絲杠軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的等效摩擦系數(shù)、 i為絲杠每轉(zhuǎn)一圈螺母產(chǎn)生的軸向位移；

43、求解進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程特征值如式12，求得系統(tǒng)固有頻率；

44、，

45、式中： ω為所求系統(tǒng)固有頻率。

46、進(jìn)一步地，所述c步驟是以各學(xué)科分析單元為基礎(chǔ)，確定學(xué)科級(jí)的局部設(shè)計(jì)變量、設(shè)計(jì)約束、設(shè)計(jì)目標(biāo)，建立包括前述設(shè)計(jì)變量、設(shè)計(jì)約束及設(shè)計(jì)目標(biāo)的學(xué)科優(yōu)化模型：

47、結(jié)構(gòu)學(xué)科包括：

48、設(shè)計(jì)變量 dv：工作臺(tái)幾何尺寸 x1 j，其中 j是尺寸參數(shù)的個(gè)數(shù)；

49、設(shè)計(jì)約束 s.t.：工作臺(tái)的最大變形量 σ max小于許用變形 σ’；

50、設(shè)計(jì)目標(biāo)：最小化移動(dòng)部件的重量 m；建立學(xué)科優(yōu)化模型：

51、，

52、傳動(dòng)學(xué)科包括：

53、設(shè)計(jì)變量 dv：滾珠絲桿導(dǎo)程 p b、直徑 d s；

54、設(shè)計(jì)約束 s.t.：負(fù)載折算至電機(jī)端，轉(zhuǎn)速匹配、最大轉(zhuǎn)矩匹配、額定轉(zhuǎn)矩匹配、慣量匹配；滾珠絲杠設(shè)計(jì)最大轉(zhuǎn)速 v s_max應(yīng)小于絲杠臨界轉(zhuǎn)速 v c，設(shè)計(jì)最大軸向載荷 f max應(yīng)小于絲杠所允許的最大軸向屈曲載荷 f c1及最大軸向彎曲載荷 f c2；

55、設(shè)計(jì)目標(biāo)：最大傳動(dòng)鏈一階固有頻率 f；

56、，

57、式中： n 0為電機(jī)最大轉(zhuǎn)速， v max為工作臺(tái)最大快移速度， p b為絲杠導(dǎo)程， t max為工作所需最大轉(zhuǎn)矩， t rms為工作所需額定轉(zhuǎn)矩， t motor_max為電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， t motor_rms為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩， γ _max為最大慣量比， γ _min為最小慣量比、 γ為慣量比；

58、流體力學(xué)學(xué)科包括：

59、設(shè)計(jì)變量 dv：油腔尺寸 b、 l，油墊尺寸 b、 l；

60、設(shè)計(jì)約束 s.t.：油墊最大壓力 p max應(yīng)小于所選多頭泵最大供油壓力 p c，油膜厚度 h0、 h1應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求；

61、設(shè)計(jì)目標(biāo)：油膜平均剛度 j e最大；建立學(xué)科優(yōu)化模型：

62、，

63、控制學(xué)科包括：

64、設(shè)計(jì)變量 dv：輸入為位置環(huán)比例增益 k p、速度環(huán)比例增益 k vp、速度環(huán)積分常數(shù) t s；

65、設(shè)計(jì)約束 s.t.：為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，控制系統(tǒng)應(yīng)滿足routh穩(wěn)定性判據(jù)、增益裕量大于設(shè)計(jì)要求 a m_c、相位裕量大于設(shè)計(jì)要求 p m_c、超調(diào)量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求 m c；

66、設(shè)計(jì)目標(biāo)： j _itae最??；建立學(xué)科優(yōu)化模型：

67、，

68、式中： g1為基于routh判據(jù)的穩(wěn)定性約束， a0、 a1、 a2、 a3、 a4、 a5為式3、4中傳遞函數(shù)分母系數(shù)， g2為增益裕度、相位裕度約束， g3為超調(diào)約束， a m為系統(tǒng)幅值裕度， p m為系統(tǒng)相位裕度， m p為系統(tǒng)超調(diào)量。

69、進(jìn)一步地，所述d步驟中結(jié)構(gòu)學(xué)科分析單元的代理模型建立流程為：利用拉丁超立方抽樣方法從結(jié)構(gòu)學(xué)科相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)空間中進(jìn)行樣本點(diǎn)的均勻分布抽取，生成設(shè)計(jì)參數(shù)的抽樣集，將抽樣集代入有限元模型，完成結(jié)構(gòu)學(xué)科的有限元計(jì)算，以質(zhì)量特性、最大變形量為響應(yīng)進(jìn)行輸出；隨后以采樣結(jié)果為輸入，計(jì)算結(jié)果為輸出，使用以下方法擬合代理模型：克里金模型、徑向基函數(shù)模型、多項(xiàng)式響應(yīng)面模型分別構(gòu)建代理模型，利用復(fù)相關(guān)系數(shù)r2、全局精度指標(biāo)均方根誤差rmse、最大絕對(duì)誤差mae判斷代理模型擬合精度；r2值越接近1，模型擬合效果越好，rmse值越小，模型預(yù)測(cè)值越接近真實(shí)值值越小，mae表示模型的最差預(yù)測(cè)誤差越低；依據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)選擇擬合精度最高的代理模型進(jìn)行輸出；r2、rmse及mae的計(jì)算公式為:

70、，

71、式中： y i為第i個(gè)樣本狀態(tài)變量的響應(yīng)值，為第i個(gè)樣本狀態(tài)變量的近似值，為第i個(gè)樣本狀響應(yīng)均值， n表示樣本數(shù)。

72、進(jìn)一步地，所述e步驟具體過程如下：

73、e10、給定系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)變量期望值 z ij，并將期望值 z ij分別傳遞給各學(xué)科級(jí)優(yōu)化模型；

74、e20、系統(tǒng)級(jí)傳遞給各學(xué)科級(jí)的設(shè)計(jì)變量期望值 z ij后，與各學(xué)科級(jí)優(yōu)化模塊相連的學(xué)科分析單元根據(jù)前者提供的設(shè)計(jì)變量 x i進(jìn)行學(xué)科分析，得到設(shè)計(jì)變量 x i與系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)變量期望值 z ij之間的差異 j i，其中i表示結(jié)構(gòu)、控制、流體力學(xué)、傳動(dòng)中的第i個(gè)學(xué)科，j表示該學(xué)科中第j個(gè)設(shè)計(jì)變量，i＝1,2,3，j＝1,2,3；

75、e30、各學(xué)科級(jí)利用c步驟中建立的學(xué)科級(jí)優(yōu)化模型，進(jìn)行對(duì)應(yīng)學(xué)科的學(xué)科級(jí)優(yōu)化，在滿足自身約束條件的情況下，最小化 j i，計(jì)算求得各學(xué)科級(jí)設(shè)計(jì)變量的最優(yōu)值 y ij,i＝1,2,3，j＝1,2,3；

76、e40、將優(yōu)化得到的各學(xué)科級(jí)設(shè)計(jì)變量的最優(yōu)值 y ij返回給系統(tǒng)級(jí)，系統(tǒng)級(jí)根據(jù)各學(xué)科級(jí)設(shè)計(jì)變量的最優(yōu)值 y ij，構(gòu)造系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化的學(xué)科間一致性約束g；

77、e50、利用e30步驟建立的學(xué)科級(jí)優(yōu)化模型，在滿足學(xué)科間一致性約束的條件下，獲得關(guān)于工作臺(tái)移動(dòng)質(zhì)量 m、一階固有頻率 f、itae指標(biāo) j itae、油膜平均剛度 j e的最優(yōu)解；然后經(jīng)系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化后，得到系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)變量最優(yōu)值 z ij '，將最優(yōu)值 z ij '作為新的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)向量期望值 z ij傳遞給各學(xué)科級(jí)；

78、e60、重復(fù)上述e10到e50步驟，直到系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化目標(biāo)收斂，得到最終優(yōu)化結(jié)果并輸出。

79、進(jìn)一步地，所述e30步驟中協(xié)同優(yōu)化框架下的結(jié)構(gòu)學(xué)科級(jí)優(yōu)化模型為：

80、，

81、式中： j1為結(jié)構(gòu)學(xué)科中，學(xué)科設(shè)計(jì)變量與系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)變量期望值之間的差異。

82、所述e30步驟中協(xié)同優(yōu)化框架下的傳動(dòng)學(xué)科級(jí)優(yōu)化模型為：

83、，

84、式中： j2為傳動(dòng)學(xué)科中，學(xué)科設(shè)計(jì)變量與系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)變量期望值之間的差異。

85、所述e30步驟中協(xié)同優(yōu)化框架下的流體力學(xué)學(xué)科級(jí)優(yōu)化模型為：

86、，

87、式中： j3為流體力學(xué)學(xué)科中，學(xué)科設(shè)計(jì)變量與系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)變量期望值之間的差異。

88、所述e30步驟中協(xié)同優(yōu)化框架下的控制學(xué)科學(xué)科級(jí)優(yōu)化模型為：

89、，

90、式中： j4為控制學(xué)科中，學(xué)科設(shè)計(jì)變量與系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)變量期望值之間的差異。

91、所述e30步驟中協(xié)同優(yōu)化框架下的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化模型及所述e40系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化的學(xué)科間一致性約束g為：

92、，

93、式中： j1 ',j2 ',j3 ',j4 '表示系統(tǒng)級(jí)各學(xué)科間一致性約束函數(shù)；角標(biāo) '?的量表示各學(xué)科級(jí)傳給系統(tǒng)級(jí)的最優(yōu)值，

94、

95、為各學(xué)科間一致性約束函數(shù)求和， τ為松弛因子，一般取10-3至10-5。

96、本發(fā)明的存儲(chǔ)介質(zhì)是這樣實(shí)現(xiàn)的：其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序可被一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)前述基于協(xié)同優(yōu)化策略的數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

97、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

98、1、本發(fā)明通過建立數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)多單元設(shè)計(jì)的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化模型，以及結(jié)構(gòu)單元、傳動(dòng)單元、流體力學(xué)單元、控制單元的學(xué)科級(jí)優(yōu)化模型，并分析各個(gè)單元的設(shè)計(jì)變量與設(shè)計(jì)約束，從而形成系統(tǒng)化、集成化的設(shè)計(jì)方法，可以獲得數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的最優(yōu)綜合性能。

99、2、針對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)象設(shè)計(jì)域的完整性，本發(fā)明提供了考慮數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制、傳動(dòng)和流體力學(xué)學(xué)科分析模型，完善了總體設(shè)計(jì)模型。

100、3、針對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，本發(fā)明提供了一種協(xié)同優(yōu)化流程，協(xié)調(diào)統(tǒng)一了結(jié)構(gòu)、控制、傳動(dòng)和流體力學(xué)學(xué)科分析模型，此外各學(xué)科間可以并行分析優(yōu)化，從而提高了設(shè)計(jì)效率。

101、4、針對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，本發(fā)明提供了一種基于代理模型的學(xué)科分析方法，通過構(gòu)建代理模型，可縮短計(jì)算時(shí)間以提升設(shè)計(jì)效率。

102、綜上所述，本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)效率高、可靠性和靈活性顯著提升的特點(diǎn)。