基于參數不確定性安全評估技術的穩(wěn)健優(yōu)化設計方法研究

1、基于參數不確定性安全評估技術的穩(wěn)健優(yōu)化設計方法研究舒適度是衡量現(xiàn)代高速曳引電梯質量的重要指標之一,除安裝因素外,設計方案與方法的選擇是電梯先天性“優(yōu)”或“劣”的決定因素。因此,研究一套科學合理的產品設計理論與方法對于完善產品的實用性和提高市場競爭力具有十分重要的意義。首先,針對現(xiàn)有公理設計評價方法在獲取信息量及信息公理應用范圍等方面的局限性,提出了一種基于信息公理的設計方案模糊評價方法?；诠碓O計中不同域間的“之字形”映射過程,建立設計目標域與評價指標域間的“之字形”映射模型,同時確定產品設計方案的評價指標體系；根據不同的評價指標屬性與設計范圍的關系,將評價指標劃分為不同類型,并采用正態(tài)模糊

2、分布曲線描述各自隸屬度,提出了相應的指標信息量計算方法,計算各可行備選設計方案的信息量,比較總信息含量來確定最佳方案；利用該評價模型進行高速電梯提升系統(tǒng)設計方案的優(yōu)選,通過計算結果比較,轎頂驅動式單轎廂電梯的總信息量最小為最優(yōu)方案,該方法有效避免了人為主觀臆斷對評價結果的影響。其次,針對優(yōu)選出的產品設計方案,考慮到系統(tǒng)及部件故障信息的模糊性和故障狀態(tài)的多態(tài)性,建立了基于模糊貝葉斯網絡的多態(tài)系統(tǒng)可靠性分析方法。將模糊集合理論引入到貝葉斯網絡分析當中,采用模糊數和模糊子集分別描述節(jié)點的故障狀態(tài)與故障率,運用模糊條件概率表描述節(jié)點間的不確定性故障邏輯關系建立了模糊貝葉斯網絡模型；同時利用所建立的模糊

3、貝葉斯網絡模型對多狀態(tài)系統(tǒng)進行定量分析,查找出影響系統(tǒng)可靠性的關鍵部件。將該方法應用到優(yōu)選出的高速電梯提升系統(tǒng)中,分析出系統(tǒng)中各關鍵部件的重要度及可靠度,計算結果表明在部件故障狀態(tài)已知條件下繩頭彈簧失效對電梯超量振動事故的重要度最大,重要度分析結果為后續(xù)進行故障診斷提供了理論基礎。第三,以實現(xiàn)高速電梯提升系統(tǒng)共振可靠性參數靈敏度分析為目標,分別以整個提升系統(tǒng)和轎廂系統(tǒng)為研究對象,采用拉格朗日方程分別建立提升系統(tǒng)垂直振動動力學方程和轎廂系統(tǒng)水平振動動力學方程,分析自由振動下提升系統(tǒng)及轎廂系統(tǒng)的固有頻率；根據機械系統(tǒng)振動穩(wěn)定性準則,考慮系統(tǒng)的自身參數和激振載荷的不確定性及激振頻率的變化,構建系統(tǒng)共

4、振失效極限狀態(tài)函數?；跀z動理論及靈敏度理論研究激振頻率變化過程中提升系統(tǒng)及轎廂系統(tǒng)的共振可靠性參數靈敏度,找出影響系統(tǒng)共振可靠性敏感性比較大的結構參數。計算結果表明對提升系統(tǒng)共振可靠度影響較大的隨機變量依次為轎頂輪轉動慣量、對重輪質量、轎頂輪質量和對重輪轉動慣量,分析結果為高速電梯提升系統(tǒng)的設計參數穩(wěn)健設計、制造和維修提供參考。第四,以實現(xiàn)提升系統(tǒng)多目標問題的可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設計為目標,考慮外部環(huán)境、幾何尺寸誤差及其作用載荷的不確定性,區(qū)分振動問題中所包含的設計變量和預先設定,基于可靠性設計的隨機攝動法建立可靠度約束條件,通過對目標函數和約束條件進行靈敏度分析,生成目標函數和約束函數的靈敏度附

5、加項,建立基于靈敏度附加目標函數的可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設計模型；基于獨立公理,使用靈敏度分析技術確定設計變量對各個設計目標的影響程度,將設計參數按無耦合或準耦合設計形式分組,把多目標優(yōu)化問題單目標化,避免多個設計目標之間的反復權衡；結合增廣乘子法應用Matlab語言的優(yōu)化和符號工具箱來實現(xiàn)高速曳引電梯提升系統(tǒng)垂直振動的可靠性穩(wěn)健設計。通過TBJ1600/5.0型電梯算例驗證,單激勵下轎廂諧響應由93.9549mm/s2降低至44.2048mm/s2,改善了高速電梯動態(tài)舒適性,有效地解決了電梯系統(tǒng)垂直振動的動力學參數穩(wěn)健設計問題。最后,在理論分析的基礎上,借助山東奔速電梯有限公司實驗塔,構建提升系統(tǒng)動態(tài)性能測試實驗臺,根據實際電梯轎廂垂直振動的特點,研究曳引機底座橡膠剛度、轎廂轎架之間的橡膠、繩頭彈簧剛度、對重輪橡膠剛度、轎頂輪橡膠剛度的改變對提升系統(tǒng)固有頻率和轎廂動態(tài)響應的影響。通過實驗測試平臺測得穩(wěn)健設計后轎廂的A95值降低了