【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及航天器隔振設計領域與代理模型具體應用領域，尤其涉及了一種基于多代理模型的衛星隔振結構優化方法。
技術介紹
1、伴隨我國高性能、高精度衛星事業的發展，航天器在軌運行的微振動干擾已經成為了制約高敏感度有效載荷使用的瓶頸。國內外研究表明，在衛星姿態控制組件等干擾源與航天器平臺間添加被動隔振器隔離微振動，是最為簡單、有效、可靠的方案。對隔振器及干擾源組成的系統進行優化設計時，核心環節包括隔振器結構設計、隔振器的剛度設計與隔振系統的布局設計。
2、傳統優化設計往往采用迭代式設計方案：進行隔振器剛度設計與隔振系統的布局設計，構建仿真模型進行動力學分析，判斷是否滿足頻率優化條件，若不滿足則重新進行剛度設計與布局設計。在此基礎上，進一步考慮隔振器的結構設計問題。例如：沈等人提出的一種衛星飛輪被動隔振設計方法(申請號為cn201310533027.2)，邊等人提出的一種多自由度隔振系統設計方法(申請號為cn202010494099.0)，李等人提出的用于浮置板軌道用的隔振器設計方法(申請號為cn201610152999.0)。這種迭代方法不僅計算周期長、成本高，而且難以保證得到最優結果，甚至無法滿足頻率優化條件。
3、正向優化方法能夠建立起隔振系統頻率與布局設計參數、隔振器剛度參數、隔振器結構參數之間的映射關系，快速準確的實現衛星振動優化問題。目前，鮮有完整且流程化的衛星隔振結構正向優化方法。
技術實現思路
1、為解決迭代優化的諸多問題，本專利技術建立了一種多代
2、本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：一種多代理模型的衛星隔振結構優化設計方法，包括以下步驟：
3、步驟1、基于有限元軟件ansys?apdl對多型獨立隔振器與不同布局的隔振系統分別參數化建模，仿真計算隔振系統前六階頻率與隔振器各向剛度。基于apdl參數化建模，設計多種布局隔振系統參數化模型，如矩形分布式、圓周分布式等。通過動力學分析獲取多種布局設計下隔振系統低階模態頻率值，獲取布局設計頻率特征與系統內隔振器剛度和布局相關參數之間的關系。基于apdl參數化建模，設計多種類隔振器參數化模型，如槽型彈簧、圓柱螺旋彈簧等。通過靜力學仿真獲取各個隔振器的空間六自由度方向剛度值，包括徑向剛度、橫向剛度、角向剛度、扭轉剛度。獲取不同隔振器各向剛度與隔振器本體結構參數之間的關系。
4、步驟2、基于若干全局代理模型組成的全局代理模型組，建立布局設計與剛度設計的動態仿真方法。基于工程應用的多種隔振系統，建立可更新隔振系統參數化模型庫，庫內模型可動態調整。參數化模型庫內每一種布局形式的模型，均采用ansys有限元計算結合拉丁超立方采樣，輸入條件為隔振器布局參數、剛度參數，輸出條件為隔振器前六階頻率。建立了多個相互獨立的全局代理模型樣本集，建立多個kriging模型匯聚成全局代理模型組。獨立kriging模型的預測值表達式為：
5、
6、c表示模型的線性加權向量，通過統計學方法求解，y表示已知樣本響應值；進一步的，構建全局代理模型組：
7、
8、式中fglobal為全局代理模型組集合，由參數化模型庫內k個不同的kriging代理模型組成。全局代理模型組內模型精度較低，對每個代理模型基于均方差(mse)檢驗方法與均方根誤差(rmse)加點準則，更新形成動態kriging模型。基于元啟發式算法完成設計域內尋優，迭代訓練后基于驗證集測試代理模型精度。若全局代理模型組內全部模型精度滿足要求，動態加點過程結束，全局代理模型組更新完畢。
9、步驟3、基于若干局部代理模型組成的局部代理模型組，建立隔振器結構參數設計的動態仿真方法。工程應用的不同種類的隔振器結構，包括槽型彈簧結構，圓柱螺旋彈簧結構等，通過apdl參數化建模，形成不同種類隔振器結構參數化模型，聚集成可更新參數化模型庫。庫內的每一種結構形式的隔振器模型，均通過仿真計算結合拉丁超立方采樣試驗設計方法，輸入條件為隔振器的結構參數，輸出條件為隔振器的各向剛度。建立了多個相互獨立的局部代理模型樣本集。針對不同的樣本集，建立局部代理模型組：
10、
11、式中flocal為局部代理模型組集合，由參數化模型庫內l個不同的kriging代理模型組成。基于均方根誤差動態加點準則，建立多個動態kriging模型形成局部代理模型組。通過對驗證集均方差檢驗，對參數化模型庫仿真得到的局部代理模型組進行精度驗證。
12、步驟4、將全局代理模型組與局部代理模型組耦合應用于隔振器優化仿真中，實現完整的基于多代理模型的衛星隔振器優化動態仿真。基于遺傳算法進行剛度設計、布局設計、隔振器結構設計優化，多代理模型輔助遺傳算法交叉、變異操作生成所需優化樣本集。整體優化分為兩步：第一步，輸入所需低階頻率優化目標，通過遺傳算法迭代開始仿真計算。根據結構布局形式，調取外部全局代理模型組，根據隔振系統結構形式檢索全局代理模型庫并得到該布局形式下的動態代理模型。遺傳算法循環迭代至仿真結束，得到以優化頻率為目標的最優剛度參數、布局參數組；第二步，根據最優剛度參數組，通過遺傳算法二次仿真，根據隔振器結構形式調取局部代理模型組配對的局部代理模型，進行隔振器剛度參數下的隔振器結構參數尋優計算。算法循環迭代至仿真結束，得到最優隔振器結構參數組。
13、本專利技術的有益效果是，基于全局+局部的雙代理模型組，實現了衛星隔振系統及隔振器的隔振優化設計問題，彌補了迭代式優化周期長、成本高、精度低的缺陷；引入了基于rmse的動態kriging模型，替代有限元模型實現了高精度、高效率的優化設計；參數化模型庫可動態更新，根據不同的工程需求可擴充設計范圍，實現優化設計。本專利技術作為一種衛星隔振的正向優化設計方法，幫助使用者極大縮短了仿真優化周期，有效降低了衛星隔振結構優化設計成本。
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1.一種基于多代理模型的衛星隔振結構優化方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于多代理模型的衛星隔振結構優化方法，其特征在于：所述步驟2中，通過全局參數化模型庫訓練全局代理模型組，隔振器不同布局形式的參數化模型歸總形成全局參數化模型庫，庫內模型可動態更新，通過拉丁超立方采樣設計，依次生成樣本構建多Kriging模型，匯總形成全局代理模型組。
3.根據權利要求2所述的一種基于多代理模型的衛星隔振結構優化方法，其特征在于：所述步驟2中，通過動態加點更新全局代理模型組，對于多個Kriging代理模型，基于均方根誤差最大的加點準則進行加點，循環迭代生成多組動態代理模型形成高精度的全局代理模型組。
4.根據權利要求1所述的一種基于多代理模型的衛星隔振結構優化方法，其特征在于：所述步驟3中，通過局部參數化模型庫訓練多動態Kriging模型形成局部代理模型組，基于不同種類的隔振器結構形成不同種類隔振器結構參數化模型，聚集成可更新參數化模型庫，通過拉丁超立方采樣設計，依次產生樣本構建Kriging模型組成局部代理模型組。>
5.根據權利要求4所述的一種基于多代理模型的衛星隔振結構優化方法，其特征在于：所述步驟3中，基于均方根誤差動態加點準則，對于多個Kriging模型形成局部代理模型組，通過對驗證集均方差檢驗，循環迭代得到的高精度局部代理模型組。
6.根據權利要求1所述的一種基于多代理模型的衛星隔振結構優化方法，其特征在于：所述步驟4中，全局代理模型組和局部代理模型組耦合衛星隔振結構優化設計中，實現衛星隔振結構分段式正向優化設計，基于剛度設計、布局設計原則，采用全局代理模型組耦合遺傳算法動態優化隔振器剛度與隔振系統布局參數；基于隔振器結構設計原則，采用局部代理模型組耦合元啟發算法優化形成多組隔振器結構參數。
...【技術特征摘要】
1.一種基于多代理模型的衛星隔振結構優化方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于多代理模型的衛星隔振結構優化方法，其特征在于：所述步驟2中，通過全局參數化模型庫訓練全局代理模型組，隔振器不同布局形式的參數化模型歸總形成全局參數化模型庫，庫內模型可動態更新，通過拉丁超立方采樣設計，依次生成樣本構建多kriging模型，匯總形成全局代理模型組。
3.根據權利要求2所述的一種基于多代理模型的衛星隔振結構優化方法，其特征在于：所述步驟2中，通過動態加點更新全局代理模型組，對于多個kriging代理模型，基于均方根誤差最大的加點準則進行加點，循環迭代生成多組動態代理模型形成高精度的全局代理模型組。
4.根據權利要求1所述的一種基于多代理模型的衛星隔振結構優化方法，其特征在于：所述步驟3中，通過局部參數化模型庫訓練多動態kriging模...
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