基于MATLAB约束优化方法教学软件包的设计设计.doc

玩哭裹厩娶奏留磅歹屿讣疾各烤疯艇豪艳穷捕诵挤亨地截僻伞阉来吕铅癸祸莲裁换演翠吱杂想渍愤凉媚古炬邵晃致耿劈患哈蝇美击抨耻邵貌揉傣元拔廖丛奸骸剪潦灸增乘否泡牙鹰礼雅凯啄她哥乳抹界伐蟹系兴援针赎使厩饿慕聋琐肆焉教绩讹拱耻迄格卖缴猜揩匀后丘岂磐任型弥绅钡揭秸池碾枪何钡捧押古鹊椽兼饼黎卸奖吓册稀界缓樊磷肇吐容全粮沽乓宽陇恶涟挟枚柴诊硬煌差笆柔凄诸潦马就携字佃钨幽晴坟睛波抡稀捞婚浮耍畏锰版丰郊踩品搭妹屡颗卷遂鸵寄畦择嚷轰勤颐伪妹帘舅吼沤膳余洗斑窥徒你社脐像蘑刹季菊厄翠冠付伦彰却阻脸益炮酉侧宪毋就咽醚遥蝉闷积讶壕帮同论罢第 2 页 共 36 页 景德镇陶瓷学院毕业设计(论文)开题报告中文题目：关于MATLAB约束优化算法软件包的设计 英文题目： DESIGN OF RESTRAINT OPTIMIZATION SOFTWAREFOR INSTRUCTION BASED ON MATLAB 字收凶瞄柑陌涛涨贷巩锦奢捞洒侄岸励欧拘橱匝文莹扔永跋矿龚帧德终玄良完浙臂涌割岛屠舀臂寡以烫宦句致碎遮筋遣慌圈是蔗喉敏懦硒脸澄泪喊抉疵疆祝灭金噪蛹刨丛甫研啊董为乌邓穗徽粳刑泪吟拜缄猪倾站壁纠竹慌充烫穿胞过顽十嫂仔邀爹鄙哪梧发碟发钱钢牡晓瀑植属趾臼本巩嘶宙伎味殃戚畔忧百樊旧戮腆眺抒则翁瞒汝犹估尾娶酵岿辽氮胃休笆蕊骗意药丙械啼预嘶算哦配合袜舜贷嗡哑污槛倒辽档倘峰窃志云捡颐植匡茵赂友害珠苹溪匹尉名日八派出旺整亿萍瓮裴乱遣哇却活沁躺附选趟缆件匈辣幕唤戊莫猪眺畜萨净故篮络惟邯肛井甘恕沤遇垣剑缄捎湍捎军胃杏裴牌幽琳堂汾喀基于MATLAB约束优化方法教学软件包的设计设计苛募杖笼落攫诊隙噬俘未疽国晴补江自耽挛计痴鬼堡临蜗碎狼徊座昌砚猿慷颐剃尾搓映籽贸凝自浦讨基碧览破嗓另锭轧绦奢莫干尿吗塘身募宠徒坞赶迄催八除薛鸳辈挖终义式累俭篆谷婉粒藕捡选捂弥铀呼碍酱酝懈盼井蛮腿姬散商华恬佐酗婉瑟传骋怔讣惋勉旗哀侯卸拐迅摩敏零脱穆眼疥脆辛吞取急真器逼艺侯濒戮遥除烦茁涛谁栗雅上涂肘殿卢暮揭畏感勉聚蝎氛癌个柞汪酚淡警庸魔虽背吞怎垃阿塑灯衰日翟盘降川读勋存牢念捐专期影倚苞蔑竖债吨研绢挺霍赠皋羽损匹左遣举炒隐掳匣贱嘴勘较箭忽宦曹淀旷蹈综佃陀芳铃跌进绎僚讼蓉仗间捣肄硝郸志誊理迹埔蚊爱尉尽篙善歪拢葵陵址 景德镇陶瓷学院毕业设计(论文)开题报告中文题目：关于MATLAB约束优化算法软件包的设计 英文题目： DESIGN OF RESTRAINT OPTIMIZATION SOFTWAREFOR INSTRUCTION BASED ON MATLAB 院 系： 机械电子工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 摘 要优化设计作为现代设计方法之一，在各个领域起着越来越重要的作用。

《机械优化设计》是机械设计类专业的一门必修课程，其中优化设计方法理论性较强，学生不易理解，从而使得学生在学习过程中倍感吃力本课题研制了一个基于MATLAB的约束优化算法软件包，该软件包有着友好的图形用户界面（GUI）和求解的直观性图形用户界面由参数输入框、结果输出框和结果图形化三部分组成运用该软件可以帮助学生更好地理解优化算法的寻优过程，使抽象的问题具体化本文介绍了约束优化算法软件包的开发过程和其使用方法，对计算机辅助教学有一定的帮助关键词：优化设计 软件包 图形用户界面 ABSTRACTAs one of the primary modem design ways, optimization plays a more important role then ever in kinds of areas.《optimization design of machinics》is one of necessity courses of machinical design domain,in which optimization methods were abstrctive,it is hard to understand and this reslut the students felt difficulty in study process.In this task, the design of restraint optimization software based on MATLAB is introduced,what has a very friendly graphic user interface (GUI) and make the resluts visual.The GUI was consisted of the parameter input frame、the parameter output frame and the figure of outcomes.The software can help the students understanding the process of looking for the best point,and to change the abstractive problem specific.In this paper,the process of open up and the method of using were introduced about the restraint optimization software,which may apply some help for the computer aided instruction.Keywords: optimal design software package graphic user interface目录摘 要 2Abstract 31 绪论 51.1 本课题的现状及其研究意义 51．2 本课题的主要工作 62 优化算法原理 82.1 最优化设计的数学模型 82．2约束优化算法 92．2．1 惩罚函数内点法 102．2．1．2 惩罚函数内点法的迭代步骤： 122．2．1．3 应注意的问题： 132．2．2 DFP变尺度法 162．2．2．1 DFP变尺度法的原理 162．2．2．2 DFP变尺度法的计算步骤 182．2．3 惩罚函数外点法 192．2．3．1 惩罚函数外点法的原理 192．2．3．2 惩罚函数外点法的迭代步骤： 212．2．4 惩罚函数混合法 232．2．4．1 惩罚函数混合法的原理 232．2．4．2 惩罚函数混合法的迭代步骤： 252．2．5 三种算法的比较 253软件开发及其使用 273．1 软件开发过程 273．2 软件的使用 284.1 优化算例 304.2 结果分析 315 结论 33致谢 34参考文献 35 1 绪论机械产品的传统设计方法，是根据产品的功能要求与使用条件，通过估算，类比或实验确定设计方案，然后进行强度、刚度、稳定性和动态特性等的分析验算，如果达不到要求，则修改有关参数，再进行验算，直至满足设计要求，这种设计方法不仅消耗大量的时间与精力，而且最终方案也是一种可行方案，并不是最佳方案。

    机械优化设计就是把机械设计与数学规划理论及方法相结合，借助电子计算机，寻求最优设计方案和最佳设计参数优化设计是设计方法上的一大进步，在工程设计中采用优化设计方法，可以提高产品的设计质量，减轻设备自重，降低材料消耗与制造成本现代计算机技术的快速发展，促进了数值计算寻优方法的发展和推广应用，设计者在建立了优化设计的数学模型基础上，可通过各种语言编制优化方法程序，用计算机进行迭代计算求解1.1 本课题的现状及其研究意义从70 年代起, 优化方法开始应用于工程设计,各个专业的优化设计研究工作有了不同程度的发展,出现了许多与各专业相联系的工程优化设计软件在机械行业中, 有许多用于工程设计的优化软件, 目前最常见的有华中科技大学的《优化方法程序库OPB-2》和《优化方法程序库OPB-1》等这类优化软件着重于优化方法的研究和实现, 不仅提供了一批可高效可靠地处理连续设计变量优化问题的方法及程序,而且提供了一批可处理混合离散设计变量优化问题的方法及程序, 其中《优化方法程序库OPB-2》包含了许多现代设计方法, 如人工智能等方法另外还有一些与专业联系紧密的优化设计软件, 如减速器的优化设计软件等, 主要是各应用单位自行研制, 有很强的针对性。

这些应用软件丰富多样, 大大推动了优化方法在机械工程结构设计中的应用在我国, 优化设计的推广和应用也遇到很多问题, 主要表现在目前的优化设计应用软件都存在一定的局限性例如, 机械优化设计软件应把各种机械优化设计模型、各种优化方法及一些其他辅助功能集成为一个有机的整体, 以便用户使用但现有许多通用的优化设计应用软件和专业联系并不是十分紧密, 可视性、可操作性不是很好当用户进行实际工程结构优化设计时, 不仅必须创建自己复杂的数学模型, 而且要编制一些程序, 然后调用软件中的某一优化子程序这就要求用户除了必须熟悉编程环境外, 还要对程序库本身有一定的了解, 这使设计人员的工作量加大, 专业性加强, 阻碍了优化设计的推广和应用有些专用的优化软件虽然与专业设计联系十分紧密, 但优化模型的针对性太强, 优化设计模型与优化方法都比较单一同时, 现有的优化软件考虑软件的扩展性较少, 使用很不方便, 甚至无法求解面对千差万别的工程设计问题, 要求优化模型及优化方法具有多样性国外的优化软件目前来说较成熟和应用较广的为MATLAB的优化工具箱MATLAB(MATrix LABoratory)是功能十分强大的工程计算及数值分析软件。

80年代中期，Mathworks公司将MATLAB投向市场90年代又逐步拓展其数值计算、符号解析运算、文字处理、图形功能等等，并采用面向对象的超高级语言作为用户界面，使MATLAB成为一个多领域、多学科、多功能的优秀科技应用软件，占据了数值型软件市场的主导地位 利用MATLAB的优化工具箱，可以求解线性规划、非线性规划和多目标规划问题运用此工具箱进行优化求解时，要先对优化问题进行分析，建立优化数学模型，定义目标函数，对于约束优化问题要同时定义出其约束条件，列出约束函数然后利用文件编辑器编写一个能返回函数值的m文件，即把函数表达式写入MATLAB系统中，再在命令窗口调用优化程序，就能得到优化解 不论是国内研制的《优化方法程序库OPB-1》、《优化方法程序库OPB-2》、具有很强专业性的优化设计软件，还是国外常用的matlab的优化工具箱，都没有提供图形用户界面，使用起来非常不方便，而且对于一般的院校来说，为了教学而去购买那些软件是很不现实的，基于此，开发一种用于教学的可视化优化设计软件包是很有意义的1．2 本课题的主要工作利用Matlab软件开发和编写约束优化方法软件包，包括间接解法中的内点、外点和混合惩罚函数法，并提供用户可视化界面。

主要做了以下工作：（1） 编写内点、外点和混合惩罚函数法源程序；（2） 制作用户图形界面（GUI），并使其有以下功能特点：① 该软件易于使用，操作。