ADAMS参数化建模及优化设计

第10章ADAMS参数化建模及优化设计本章将通过一个具体的工程实例，介绍ADAMSzView的参数化建模以及ADAMS/View提供的3种类型的参数化分析方法：设计研究(DeSlgnStudy)、试验设计(DesignofExpeiniients,De)E)和优化分析(OPtImiZatlOn)。其中DOE是通过ADAMSIiisight来完成，设计研究和优化分析在ADAMS/View中完成。通过本章学习，可以初步了解ADAMS参数化建模和优化的功能。10.1ADAMS参数化建模简介ADAMS提供了强大的参数化建模功能。在建立模型时，根据分析需要，确定相关的关键变量，并将这些关键变量设置为可以改变的设计变量。在分析时，只需要改变这些设计变量值的大小，虚拟样机模型自动得到更新。如果，需要仿真根据事先确定好的参数进展，可以由程序预先设置好一系列可变的参数，ADAMS自动进展系列仿真，以便于观察不同参数值下样机性能的变化。进展参数化建模时，确定好影响样机性能的关键输入值后，ADAMS/View提供了4种参数化的方法：(1)参数化点坐标在建模过程中，点坐标用于几何形体、约束点位置和驱动的位置。点坐标参数化时，修改点坐标值，与参数化点相关联的对象都得以自动修改。(2)使用设计变量通过使用设计变量，可以方便的修改模型中的已被设置为设计变量的对象。例如，我们可以将连杆的长度或弹簧的刚度设置为设计变量。当设计变量的参数值发生改变时，与设计变量相关联的对象的属性也得到更新。(3)参数化运动方式通过参数化运动方式，可以方便的指定模型的运动方式和轨迹。(4)使用参数表达式使用参数表达式是模型参数化的最根本的一种参数化途径。当以上三种方法不能表达对象间的更杂关系时，可以通过参数表达式来进展参数化。参数化的模型可以使用户方便的修改模型而不用考虑模型内部之间的关联变动，而且可以到达对模型优化的目的。参数化机制是ADAMS中重要的机制。10.2ADAMS参数化分析简介参数化分析有利于了解各设计变量对样机性能的影响。在参数化分析过程中，根据参数化建模时建立的设计变量，采用不同的参数值，进展一系列的仿真。然后根据返回的分析结果进展参数化分析，得出一个或多个参数变化对样机性能的影响。再进一步对各种参数进展优化分析，得出最优化的样机。ADAMS/View提供的3种类型的参数化分析方法包括：设计研究(Designstudy)＞试验设计(DesignofExperunents,DOE)和优化分析(Optιιιnzatιon)o设计研究(DeSigIlstudy)在建立好参数化模型后，当取不同的设计变量，或者当设计变量值的大小发生改变时，仿真过程中，样机的性能将会发生变化。而样机的性能怎样变化，这是设计研究主要考虑的内容。在设计研究过程中，设计变量按照一定的规如此在一定的范围内进展取值。根据设计变量值的不同，进展一系列仿真分析。在完成设计研究后，输出各次仿真分析的结果。通过各次分析结果的研究，用户可以得到以下内容：(1)设计变量的变化对样机性能的影响。(2)设计变量的最优取值。(3)设计变量的灵敏度，即样机有关性能对设计变量值的变化的敏感程度。试验设计(DeSigIlofExperiments)试验设计(DeSlgnofExpeiunents,DC)E)考虑在多个设计变量同时发生变化时，各设计变量对样机性能的影响。试验设计包括设计矩阵的建立和试验结果的统计分析等。最初，所设计的试验设计〔DOE)用在物理实验上面，但对于虚拟试验的效果也很好。传统上的DOE是费时费力的。使用ADANIS的DOE可以增加获得结果的可信度,并且在得到结果的速度上比试错法试验或者一次测试一个因子的试验更快，同时更能有助于用户更好地理解和优化机械系统地性能。对于简单的设计问题,可以将经验知识,试错法或者施加强力的方法混合使用来探究和优化机械系统的性能。但当设计方案增加时,这些方法也就不能得出快速地、系统化公式化的答案。一次改变一个因素(也称设计参数，Factors)不能给出因素之间相互影响的信息,而进展屡次仿真同时测试多个不同的因素会得到大量的输出数据让用户评估。为了减少耗时的工作，ADAMS/Insight提供应一个定制方案和分析工具来进展一系列的试验，并且ADAMS/Insight帮助确定相关的数据进展分析,并自动完成整个试验设计过程。总的说来，ADAMS中的DOE是安排试验和分析试验结果的一整套步骤和统计工具，试验的目的就是测量出虚拟样机模型的性能,制造过程的产量,或者成品的质量。DOE一般有以下五个根本步骤：(1)确定试验目的。例如,想确定那个变量对系统影响最大。(2)为系统选择你想考察的因素集,并设计某种方法来测量系统的响应。(3)确定每个因素的值,在试验中将因素改变来考察对试验的影响。(4)进展试验,并将每次运行的系统性能记录下来。(5)分析在总的性能改变时，哪些因素对系统的影响最大。对设计试验的过程的设置称为建立矩阵试验「设计矩阵)。设计矩阵的列表示因素，行表示每次运行，矩阵中每个元素表示对此因素的水平级(即可能取值因子，Levels),是离散的值。设计矩阵给每个因素指定每次运行时的水平级数，只有根据水平级才能确定因素在运算时的具体值。创立设计矩阵通常有五种方法，这五种的目的和特点各有所区别：PedmeterStUdy:测试分析模型的健壮性。DOEScreenmg(2-level)：确定影响系统行为的某因素和某些因素的组合;确定每个因素对输出会产生多大的影响。DOEResponseSuiface(RSM):对试验结果进展多项式拟合。SweepStudy：在一定范围内改变各自的输入。MonteCarlo：确定实际的变化对设计功能上的影响。创立好设计矩阵后，用户需要确定试验设计的类型。在ADAMSZInsight中有六种内置设计类型来创立设计矩阵,也可以导入自己创立的设计矩阵。可以自由选择设计矩阵，为系统创立最有效率的试验。当使用内置的设计类型时ADAMS/Insight根据选择的设计类型生成相应的设计矩阵。这六种设计类型是FullFactorialPlackett-Bmmaii、FractionalFactorialʌBox-BelinkeiiCentral、CompositeFaced(CCF)D-OptimaloFullFactorial是所有设计类型中综合程度最高的,使用到了因素水平的所有可能的组合。PIaCkemBunnan设计类型适用于在大量的因素中筛选最有影响的因素。该设计所需要的传统设计类型运行的次数最少,但不允许用户估计这些因素之间的相互的影响。FractionalFiactoiial和Plakett-Burman使用的是FullFactorial专门的子集,因而也被看作减化的Factoiialo它普遍用于筛选重要变量并主要用于两水平的因素,能够估计其对系统的影响。Box-Beliiiken设计类型使用设计空间中平面上的点。这样该设计就适用于模型类型为二次的RSM试验。Box-Belmken对每个因素需要三个水平。CCF(CenterCompositeFaced)设计类型使用的是每个数据轴上的点(开始点),以及设计空间的角点(顶点),和一个以上的中心点。CCF比Box-Beliiiken相比拟运行的次数更多。CCF适用于二次RSM试验的模型类型。D-OPtmial设计类型产生的是将系数不确定性降到最低的模型。这种设计类型由根据最小化规如此从大量候选因素中随机抽取的行所组成。D-Optimal指明了在试验中运行的总次数,将以前试验中已存在的行提供应新的试验,并对每个因素指定不同的水平。这些特性使得D-OPtImaI在很多情况，特别是在试验费用惊人的情况下，成为最优选择,。10.2.3优化分析(OPtimiZatioll)优化是指在系统变量满足约束条件下使目标函数取最大值或者最小值。目标函数是用数学方程来表示模型的质量、效率、本钱、稳定性等。使用准确数学模型的时候，最优的函数值对应着最优的设计。目标函数中的设计变量对需要解决的问题来说应该是未知量，并且设计变量的改变将会引起目标函数的变化。在优化分析过程中，可以设定设计变量的变化范围，施加一定的限制以保证最优化设计处于合理的取值范围。另外对于优化来说，还有一个重要的概念是约束。有了约束才使目标函数的解为有限个，有了约束才能排除不满足条件的设计方案。通常，优化分析问题可以归结为：在满足各种设计条件和在指定的变量变化范围内，通过自动地选择设计变量，由分析程序求取目标函数的最大值或最小值。虽然InSlght也有优化的功能，但两者还是有区别，并且互相补充。试验设计主要研究哪些因素的影响比拟大，并且还调查这些因素之间的关系；而优化分析着重于获得最优目标值。试验设计可以对多个因素进展试验分析，确定哪个因素或者哪些因素的影响较大，然后，可以利用优化分析的功能对这些影响较大的因素进展优化，这样可以到达有效提供优化分析算法的运算速度和可靠性。103参数化建模应用实例由于多体动力学仿真系统是复杂的系统，仿真模型中各个部件之间存在着更杂的关系，因此在仿真建模的时候需要提供一个良好的创立模型、修改模型机制，在对某个模型数据进展改变时，与之相关联的数据也随之改动，并最终到达优化模型的目的。ADAMS为多体动力学仿真建模提供了这样一个机制一一参数化建模机制，它为用户设计、优化模型提供极大的方便。在10.1节中，对参数化建模做了简要的介绍，本节将主要以双摆臂独立前悬架运动学模型为例，着重介绍参数化点坐标的方式参数化建模。10.3.1双摆臂独立前悬架拓扑结构双摆臂独立前悬架系统主要部件有上摆臂(UCA,UppeiCOntrOlAnn)、下摆臂(LCA,LowerControlAim)、转向节(Kiiuckle)、横向拉杆(TieRod)、测试台(TeStPIane)、地面(Giound,由于车身固定在地面上，因此车身和地面为一体)，它们之间由钱链联接，并提供应其一个位移驱动，使其能绕轴上下转动。其联接关系图如下：图10.-1模型拓扑结构10.3.2系统环境设置(1)设置工作平面。这里设置XoZ为工作平面。设置方式如下，进入菜单Settlngs、Workinggrid…，见图10-2。在弹出对话框中选择GloabXZ(图10-3)在主工具箱，点击视图设置(图KM)O图10・2 图10-3图I(M 图10-5(2)单位设置。点击菜单命令SettIngs->Umts…，选择MMKS。(3)消息窗I卜设置。点击菜单命令VleW->MessageWindow,在弹出对话框中点击左下角按钮Setting,弹出图10-5所示对话框，选择ErrO人10.3.3双摆臂独立前悬架参数化建模采用参数化点的方式来建模时，参数化点主要提供多体系统模型中各个对象(部件、约束、标架、力、力元等)的位置坐标，修改对象通过修改这些参数化点来完成。因此在参数化点方式参数化建模时，参数化点是最根本的要素。参数化点方式建模的步骤大致为：确立参数化点A创立参数化点■>创立模型部件->创立联接关系->创立驱动、力或者力元。(1)确定参数化点对于本节双摆臂独立前悬架系统，参数化点确实立主要考虑两个方面：.能为模型对象位置和方向定位；.根据点能创立模型可视化几何实体。根据以上两原如此，由模型的拓扑结构可得到下参数化表：表10-1模型的参数化表序号名称坐标值(X,Y,Z)说 明-1-lca-r-center307.0,1560.0,383.0下摆臂后端与车体较链联接点-2leaɪeenter307.0,1285.0,388.0下摆臂前端与车体皎链联接点一3lca-kιιuckle686.0,1414。364.0转向节与下摆臂较链联接点 一4uca-r-center384.0,1564.0,650.0上摆臂后端与车体皎链联接点―-5ueaʃeenter384.0,1330.0,708.0上摆臂前端与车体皎链联接点―6UCa_knuckle593.0,1448.0,686.0转向节与上摆臂皎链联接点-7tierod-nιiddle377.0,1311.0,471.0左横向拉杆与车体皎链联接点一8tieiod_knuckle703.0,1305A459.0转向节与横向拉杆皎链联接点一9hookɪef390.0,1311047LO定位万向节(车体上)Z方向点10knuckle-center686.0,1442.0,507.0转向节中心点 ∏WheeLcenter743.0,1442.0,507.0轮中心点12WheeLouter813.0,1442.0,507.0定义轮几何实体辅助点13WheeLiimer673.0,1442.0,507.0定义轮几何实体辅助点14testβplane743.0,1442.0,207.0测试台与转向节较链联接点一(2)创立参数化点创立参数化点在ADAMS/View中有两种方式，一种是通过主工具箱中快捷图标 创立，另外一种方式是通过“Tool"菜单中的"CommandNavigator...*来创立。见图10-6通过快捷图标创立 通过菜单命令创立图10-6创立参数化点在本节示例为中，我们采用后一种方式创立，即菜单命令。随后出现ConiiiiaiidNaVIgator对话框，找到其中的point,点击前面”+〃号展开，在展开后的列表中双击Create,见图10-7,这时系统弹出创立点对话框(S10.3-8)o图10-7创立点命令 图10-8创立点对话框图10-8所示对话框中第一个编辑框为点的名字，在编辑框中输入.model_1.ground.lca_r_center；COmmentS表示对这个点的注释；在LOCation这一栏中根据表中提供的数据输入点的坐标“307.0,1560.0,383.0"；最后一个编辑框是选择参考标架，如果选择有参考标架，如此说明该点的坐标是在参考标架里的坐标，如果不填如此视为全局标架下的坐标。点击Ok,并重更上述步骤创立剩下的点，或者点击Apply,直接改动名字，输入坐标。创立完成后，界面上会出现BBB图标，这表示创立出的点。注意:如果看不到图标，可以点击主工具箱中的按钮"Icon",或者按"Ctrl+v"。(3)创立模型部件.创立空部件在ADANIS中必须先有部件才能为其创立可视化几何实体。因此我们先创立一个空部件，即没有任何属性的部件。先创立上摆臂。进入“CommandNavigatorv对话框，依次展开“part"、ucreate,,和“rigid_body",双击uname_and_position，z,见图10-9,弹出创立刚体对话框,将部件名字改为.modeLLUCa,其余缺省，点击“OK”,图IO-IOo一个名为UCa的部件被创立，接下来将创立uca的几何实体。图10-9创立几何形体图IO-IO创立几何形体对话框.创立几何实体在“CommandNavigator,,对话框中展开“geometry”,"create”,"shape",双击“cylinder"弹出对话框，在名字框可以改动几何实体的名称，特别注意的是，一定要将几何实体创立到它属于的部件，这里是.modeLLUCa°见图将光标移到“CenterMarker”编辑框中，右击鼠标选择"Mark*,在出现的子菜单中点击“Create”,弹出创立Marker的对话框,使用缺省名字。见图IO-11。将光标移到"LoCatIOII”编辑框中，右击鼠标，选择“PickLocation”,然后用鼠标在图形区中选择点“uca_knuckle",在对话框的下拉菜单中选择“AlongAxisorientationz,,选择点“uca_f_centei",见图IO-12。表示创立的Marker"Z"轴方向为点“uca_knuckle”指向点"uca_fLcentei”方向，这指定了所创立圆柱体的轴线方向。点击“OK"。图10-13为选择好参数的对话框。注意：Marker是ADAMS中是重要的对象，ADAMS中的几何实体，约束、力、力元都由Marker定义。我们将根据已创立成功的参数化点来创立Marker,这样当我们修改参数化点的时候，与之关联的Marker也随之改动。图10-11创立中心标架图10-12 图10-13回到创立圆柱体的对话框，在长度对话框栏右击鼠标，选择<4Parameterizez,->“Expressionbuild",在弹出对话框中的下拉菜单项选择择“ModelingFUnCtiOn”,在下面列表中选择“DM”,用来计算两点之间距离。点击按钮“Assist...",弹出对话框，在ObjeCtl编辑框中输入第一个点“uca_knuckle",在ObjeCt2编辑框中输入“uca_flcenter”见图10-14,10-15»图10-14求两点距离函数 图10-15输入两点关闭对话框后回到创立几何实体对话框，在“Radius”编辑栏中输入15,点击44OKw,如此几何体创立成功。然后根据点“uca_knuckle”和"uca_fLcentei"创立uca部件的另外一个几何实体。3.创立其他部件通过上述方式分别为余下部件创立几何实体表2模型部件列表部件CenterMaiker 长度（L） 半径LocationAlongAxis...DNKobjeCtI,object2)15LCACvlmdeillca_kiiuckleleaɪeenterIcaknuckle,Icafcenter15Cvlindeι∙2lca_kiiucklelca-r-centerIcaknuckle,Icarcenter15tierodCvlmdeiltierod-kιιuckletierod_niiddletierodknuckle,tierodmiddle~15testβplaneCvlmdeiltestplaneWheeLcenter20120KiiuckleCvlinderlkιιuckle-centeruca-knuckleknuckle-centeι;uca-knuckle15Cvlindeι∙2kιιuckle-centerlca-kιιuckleknuekle_eenteɪ;lca-kιιuckle15Cvlindeι3kιιuckle-centertierod_knuckleknuekle_eenteɪ;tieιod-knuckle15CvlindeMkιιuckle-centeruca-knuckleknuckle-centeι;uca-knuckle15WheelCvlinderlWheeLcenterWheeLiniier70300Cvlindeι∙2WheeLcenterWheeLouterTO300LocationAlongAxis...长度顶端半径底端半径FnistumlWheeLouterWheeLcenter"3δ"270"3δδFnIStUm2WileeLlnɪɪeɪWheeLCentel-30270 —30。 一注意:.在此模型中，我们规定轮与转向节之间没有转动，两者属于同一部件;2.在创立每个几何实体前必须先创立一个空部件。最终形成图10-16所示的仿真模型。图10-16模型生成图(4)创立约束.进入“ConunandNavigator,,对话框，展开“constraint"、"joint",双击uspherical,,。.在弹出对话框的I、JPartName编辑框中分别输入UCa和knuckle,在“location"编辑框中选择点uca_kmICkk见图10-17所示，点击“ok”完成创立。图10-17创立约束对话框.在横向拉杆(tierod)和车体(ground)之间由万向节联接，由于创立万向节比其他约束困难，这里将其创立过程描述如下：进入“CommandNavigator,z对话框，展开“constraint"、"jomt”,双击“hook”o弹出创立对话框(图10-18),在下拉菜单中选择“PositionByUsingMaikeis",通过Marker来为较定向。图1048选择I、J标架IMalke[Name编辑框中右击选择“Maike/'、"Create”,弹出创立Malker对话框，这里先创立属于地面的IMalke1,它的Z轴为水平方向.将名字改为“"，在“Location,,中选择点tιeιod-ιniddle,下拉菜单中选择“AlongAxisOrientationv,选择点Iiookref。点击“OK"。见图IO-19。图10-19创立I标架对话框建横向拉杆上的JMalke1,其Z轴为横向拉杆的轴线方向。在创立MaIker对话框中改名字为，在Location编辑框中选择点tierod_nuddle,在下拉菜单中选择“AlongAxisOrientation",选择点tieiod」HIddIe,点击“OK”。见图10-20图10-20创立J标架对话框钱创立对话框，点击“OK”,如此完成创立万向节。4.按照上述方法，创立下表中的约束。表10-3约束列表钱类型IPaitJPaitLocationAlongAxisOrientationIcaknuckletierodknuckleIcagroundleaʃeenterica-ι-centerucagrounduca_f_centeruca_r_center平移副tesCplanegroundtest__planeWheeLcentermplanetesCplaneknuckletest__plane(5)创立驱动.进入“ConiinandNavigatorv对话框，依次展开“constιaiπt"、ucreate"、"joint",双击"motion_generator",弹出图10-双对话框。.可以在“Motionname,,改变motion的名字。在函数类型下拉菜单中选择“Function”,在编辑框中输入“-100*tune+100"。在接下来的两个下拉菜单中分别选择udisplacement,,和“MotionOnJoint”。.在JomtNaine中选择测试台上的平移钱，在自由度类型下拉菜单中选择uUanslationalzz。.点击wOK"«注意：驱动有平移和旋转两种，有点驱动〔加在Marker上〕和校驱动〔加在校上〕，通过在此加一个平移类型的较驱动，相当于给测试平台加上一个上下移动的鼓励。图10-21创立驱动对话框10.4优化设计实例分析本节通过对双摆臂独立前悬架的参数化模型来具体说明设计研究、试验设计和优化设计这三种参数化分析方法。参数化分析的准备在完成参数化建模之后，便可以进展设计研究、试验设计和优化设计这三种参数化分析了。对于这三种参数化分析方法，开始的操作步骤是一致的。.参数化分析操作步骤设计研究、试验设计和优化设计这三种参数化分析开始的具体操作步骤如下：图10-22参数化分析对话框(1)在Simulate菜单，选择DesignEVaIUation…命令，ADANISZView显示DeSignEValUtationTooIS对话框。在Model文本对话框内自动导入当前所建立的参数化模型的名称。也可根据需要输入所需分析模型的名称。(2)选择参数化分析的类型：设计研究(DesignStudy),试验设计(DesignofExpemnents),或优化分析(C)PtImIZatlOn)。ADAMS/View根据选择不同的分析类型，分别显示相应的输入对话框。⑶在SunulationScript文本输入框输入所使用的仿真分析脚本的名称。(4)选择测量(MeaSUre)或目标(ObJeCHVe)确定分析的对象的类型。根据选择的分析对象的类型，分别显示相应的输入对话框。(5)如果选择测量(MeaSUI¢),在选择框，选择测量的类型：最后一次运算的值(LaStValue)ʌ最小值(MinimUm)、最大值(MaXimUm)、平均值(Average)。并且在右边的文本对话框，输入测量的名称。(6)如果选择的对象类型是目标(ObJeCtlve),在ObJeCHve文本对话框，输入目标的名称。对于优化分析，只能输入一个目标。对于设计研究和试验设计，可以输入多个目标。当输入多个目标时，用逗号分隔目标名。(7)参数化分析结果的保存。图10-23参数化结果保存对话框图选择将参数化分析结果保存到数据库的工具」显示如图10-230在Name对话框，输入将要保存参数化分析结果的名称。假设选择AUto-InerementName,在保存参数化分析结果时，ADAMSzVieW根据保存的

顺序，自动在名称末尾加一个序号。具」ΞJ,通过在数据库浏览器中选择希望删除的参数化分析结果。选择OK按钮，删除所选择的仿真结果。(9)参数化分析结果曲线的绘制。选择绘制结果工具显示如图10-24所示对话框。图10・24参数化曲线图对话框在ReSUItSet对话框，输入绘制曲线图的参数化分析结果名称。假设选择MeaSUIe/Objectivevs.RmI选项，绘制测量对象与变量值、试验数迭代数的曲线图。假设选择Measurevs.TnneForAllRuns选项。绘制测量对象与时间的曲线图。10)参数化结果报表显示。选择表格报告工具l>Sl,显示如图10-25所示产生表格报告对话框。图10-25产生表格报告对话框在ReSUkSet对话框，输入用表格显示的参数化分析结果名称。在COIUmnWidth对话框，输入表格列的宽度。在PreClSKm对话框，输入表格中数值的精度。在FOrmat栏选择选择表格中数值的格式。•Automatic：程序根据表格中数值的位数和表格的宽度，自动选择使用指数形式还是固定格式表示表格中的数值。Exponential：采用指数形式表示表格中数值。Fixed：采用固定格式表示表格中的数值。假设需将表格输入到一个文件中，可以在FlIeName输入文件名。假设在信息窗II显示表格，可以选择DisplayiιιInformationWindowoUD设计变量值的更新，利用参数化分析对话框中提供的更新变量工具-Si,设置试验或迭代时的设计变量值，在Tnal对话框，输入希望使用的试验或迭代数。对话框如如下图：图10-26更新设计变量对话框(12)参数化分析控制参数设置，在SettIngS栏，有3个参数设置按钮：DisplayʌOutput和Optiiiiizero选择DISPlay按钮，可以显示在参数化分析过程中控制显示方式的参数设置对话框。图10-27显示方式参数设置对话框选择OUtPUt按钮，可以显示控制参数化分析过程输出的参数设置对话框，从中可以选择是否保存仿真输出结果以及以怎样的文件格式输出参数化分析结果(SaVeFiles)o图10-28分析过程输出参数设置对话框选择OPtmiIZel按钮，可以显示优化分析设置对话框，其中：a.在AlgontlIm栏可以选择优化分析的运算法如此。b.在TOIeranCe下方的文本输入框，输入优化分析的收敛允许偏差。c.在Max.Iterations栏，输入最大的迭代次数。d.在Rescale栏，输入重新调整的迭代数，在迭代过程中，到达该迭代数后将重新调整设计变量。e.在Differencing选择栏，选择采用的差分方法：中心差分法(Centeied),还是向前差分法(FOrWafd)。f.在InCrement栏，输入差分的增量。g.在DebUg选择项，选择是否需要跟踪优化分析的输出。图10-29优化分析设置对话框(13)设置完成后，选择Start键，运行参数化分析。2.目标对象的设置在进展参数化分析时，需要检测设计样机的有关性能，并将这些目标简化为ADAMS/View分析时可以计算的单独变量。在优化过程中，称为目标函数或目标；在试验设计中，称为响应特性。(1)建立测量目标。在建立测量目标时，如果只需要优化样机模型中某点的位置或速度的大小，测量目标很容易建立。一旦建立测量目标涉及到的因素太多，测量目标的建立就较为复杂。根据建立测量目标的不同要求，需要考虑以下因素：.保持对象在适当位置以防止突然变化。.将运动的最大值保持在较小的范围内。.使部件能迅速地返回指定位置。(2)使用测量(MeaSU氏)。在确定了需要计算的对象以后，便需要确定一个测量或目标对象，以便计算各次仿真分析的对象值。在分析中，最简单的目标对象是使用测量。在运行设计研究、试验设计和优化设计过程中，首先选择测量，然后根据对象框提示选择和输入是使用最大、最小、平均值还是最后一次仿真分析获得的测量值作为目标值。使用测量，便于获得所需的输出，并且对模型的输出或其他的测量结果进展各种运算。13)使用目标对象(Objective)ɑ在需要对模型的输出进展更杂的处理和计算的场合可以使用目标对象的方法。ADAMSZView提供了以下几种可供选择的目标对象类型：某个测量的最大值、最小值、平均值或最后一次运算的值。此功能与使用测量时类似，但与使用测量不同的是，使用目标来定义这些对象的优点是可以定义多个目标，而测量仅可以定义一个目标。一组测量分量的最大值、最小值、平均值或最后一次运算的值。ADAMSZView函数。使用特定的ADAMSMew函数对象处理仿真结果，可以计算任何数量的模型输出函数。在函数中设有自变量，而自变量取含有结果的分析对象的名称，由此将目标函数对象同ADAMS/View的仿真分析结果联系起来。本章中，通过具体的实例来介绍利用函数来建立目标对象。ADANlSZView变量和宏。ADAMS/View执行用户定义的宏，并使用所定义变量的计算值作为目标值。使用宏和变量可以允许执行一组ADAMSZView命令来计算目标。(4)产生目标对象产生目标对象的步骤如下：在SlmUlate菜单，选择DeSignObjeCtiVe项，再选择NeW命令，显示产生设计目标对话框，如图10.1所示。在DefinItKmby选择框，选择使用的对象函数类型：测量QneaSUl¢);结果分量(ReSUltSetComponent(Request))；ADAMS/View函数(∕ViewFunction)；ADAMS/View变量和宏(/ViewVaiiableandMacro)o.在DefinItIonby选择框下面的输入框，输入目标对象的名称。.如果使用测量或结果分量,在DeSignobjeCtiVe'svalue选择框,选择目标对象,最小值(minimumvalue)最大值(maXImUmvalue)平均值(averageValue)或最后一次运算的值(valueatsunυlatιonend),.选择OK按钮确定。图10-30产生设计目标对话框在以下各节中，通过具体实例来说明目标对象的建立。10.4.2设计研究设计研究主要是研究哪些设计变量对系统性能影响的灵敏度较高。对设计变量在一定范围内的假设干值，ADAMS可以分别取不同值进展自动分析，并完成设计分析报告。本节将利用上节建立的参数化模型，对该悬架的前束角(Toe-Aiigle),外倾角(Camber-Aiigle)进展设计研究，分析哪些参数对其影响较大。设计研究的一般步骤是：定义设计变量A定义测量〔或目标)-＞设计研究-＞得到结果，具体过程如下：(1)定义设计变量一种是在build菜单项选择择DesignVanabIe、在子菜单中选择New,弹出图10.4-10对话框，然后进展变量定义。另外一种是通过选取参数化点，然后创立设计变量，我们选取后一种方式来定义设计变量。图(a)图(b)图10-31设计变量的修改本节将分别根据参数化点uca_kiiuckleʌlca_knuckleʌtie-kιιuckle创立三个设计变量。.创立设计变量。在图形区，将鼠标移至上摆臂与转向节较接处，单击右键，在弹出菜单中选择一Pomt:uca_knuckle,在其子菜单中选择Modify。弹出参数化点表，在表中找到点uca.kιιuckle,将光标移至其Z坐标处，在对话框上部的编辑框中出现Z值“686”。在该编辑框中右击鼠标，依次选择ParameterizeʌCreateDesignVariableReal,如此创立设计变量，.model_l.DV_l。同样根据lca_knuckletie-kιιuckle创立设计变量DV_2、DV_3。.修改设计变量。在菜单Build中选择DeSignVaIiabIe、Modify,弹出图10.-31(a)的对话框，Umts中选择length,ValueRange中选择+/-DeltaRelativetoValue,在一、÷Delta编辑框中分别输入-5.0,5.0o选择Apply健确认，并继续修改设计变量，所有完成后点击OK按钮确认。使用表格编辑器创立和修改设计变量。选择Tools菜单的TableEditor命令，显示如图表格编辑器10-318)。可通过编辑器窗11的底部VhnabIe项，显示所有的变量：Filters项，显示表格编辑器显示所有与变量变化有关的特性，包括：Range、Allowedvalues和DeltaType等。通过表格改变设计变量的有关特性，表10-4列出了控制设计变量值的有关参数及其说明。表104设计变量值的控制参数标题 功能说明 Range包含变量的上限和下限，上下限之间用“，”分开，例如：一1.0,÷1.0UseeRaiige用于优化分析，是否限制参数变化范围开关，输入yes表示限制，no表示不限制AllowedeValues变量值列表，各变量之间用“，”分开。(NONE)表示没有列表 Use-AllowedβValUeS 是否使用列表参数开关，yes表示使用，no表示不使用列表DeltaeType变量范围的表示方式，分别用absolute、relative、pe】cent_relative表示绝对值、相对值、百分数相对值 (2)定义测量函数。.创立地面参考标架。在菜单TOOlS中选择commandNavigatois依次选择markeι∖create,弹出创立对话框，改变你想要的名字，其余设置见图10-32。图10-32MaIkel创立对话框.定义测量函数。在菜单Build,选择Measure,Function,New,弹出对话框［图10-33)o在MeasureName中输入.modeLLM_Toe_Angle。选择单位为角度。上部对话框输入uAΓAN2(DY8181rmodeLl.ground.orin)),z,定义前束角。这里Markerii是定位在参数化点WheeLln处，marker18定位在参数化点WheeLcenter处。与定义前束角相似，同样定义外倾角的测量函数.model-l.M_Cambei_Aiigle“ArAN2(DZ8』,81vmodel_l.ground.orin))"z图10-33创立前束角函数注意：这里求反正切时用的DXxDYxDZ需要根据具体的坐标系。在这里我们的坐标系是XOZʃ故求前束角时〔水平面上Knuckle与X轴的夹角〕为ATAN2(DYʃDX)外倾角时为ATAN2(DZQX)。(3)运行设计研究.在SimUlatIOn菜单，选择DesignEVahIation…如图10.4-13,显示DeSlgnEvaluationTools对话框，选择DesignStUdyo.选择和设置：Measure=ON,Measure=MeToeeAiigle,DesignStudy=ON0.选择设计变量；可以在DeSIgnVanable对话框直接输入设计变量的名称，或者在DesignVanable对话框上点击鼠标右键，通过数据库浏览器选择需要设计变量DV_3。.定义设计变量的范围，在DefaUItLevel对话框输入变量范围的等分水平数，ADAMSZView使用在DefaultLevels文本框输入的水平数，等分变量的变化范围。设计变量的取值Defaultlevels=5o.点击DISPlay,再按照图10414设置弹出的对话框.点击Start开始设计研究分析，仿真完成后，会自动弹出图10415的对话框。分别选择设计变量和测量函数M_CambeLAIIgle,进展同样操作。(4)得到结果从以上分析得到下表中结果。从表中可知，变量DV_3对M.Toe.Aιιgle的敏感度最高，因而对其影响最大，DV_2对M_Cambei_Angle的敏感度最大，因而对其影响最大。表10-5设计变量对测量函数的灵敏度计量设变参数化点初始值初始值处敏感度 MJTojAngleM,Camber,AιιgleDV」UCa_knuckle・z686.00-0.066671-1.3983DV_2LCa_knuckle364.00-0.147751.7420 ~DV_3TIJknUCkIe459.000.24428-0.34448注意:完成仿真分析以后，ADAMS/View在当前的样机关系树下，建立一个名为Last_Multi的分析对象。在此分析对象中含有一组名为Design_Study_Results的设计研究分析结果，其中包括以下分量：D试验Trial,其中包括仿真分析的次数。2）与设计变量同名的分量，其中包含每次运算所使用的变量值。3〕所有的测量或目标，这些分量与定义的测量和目标同名，记录了每次仿真分析获得的性能测量值。图10-34设计研究图10-35设置对话框图10-36结果对话框完成仿真分析后，在当前模型树下建立了一个名为LasCMulti的分析对象。在此分析对象中包含设计分析结果。如果在以前的分析中建立了LasCMulti的分析对象，进展新的分析后，新的分析结果将覆盖以前的分析结果。10.4.3试验设计ADANISZInsight试验设计本节将通过ADAMS/Insight对前束角做试验设计。大致步骤如下：建立设计变量A建立响应（目标）A仿真后进入ADAMS/Insight，设置因素集和响应->选择试验策略->创立工作矩阵->运行试验A结果分析->优化结果A发布结果。（1）建立设计变量变量的建立见10.4.2节。（2）建立响应（目标）进入菜单Simulate,⅛^⅛fDesignObjective弹出图10.4-16所示对话框，在名字框输A.model_l.obj_toe,DefiiutionBy卜•拉菜单中选择measure.o选择前束角的测量函数做为测试目标。图10-37创立设计变量（3）进展仿真，然后进入InSIght.设置步长为100,EndTlme为1,开始仿真。.点击菜单SlmUlate,选择AdamSzlnSight,点击EXPOrt,弹出对话框（图10-38）图10-38IiisightExport对话框3、选择模型和脚本，点击OK,随后会出来一个DOS窗口（只有在退出InSlght后才会消失），同时进入ADAMS,!night。其界面如图10-39所示。图10-39ADAMSzlnsight界面（4）创立因素集和响应.创立因素在树形区依次展开FaCto1、CandidatesʌMode1」，点击DV」，在图形区会出现DV」的属性对话框,设置Type为Continuous,DataType为Relative,NormalValue为686,Setting^9-5,5。TOIeιance为0.0,MOnteCalIODiStIibUte选择为None,EaseofAdjustment选择为Moderate。可以在Abbievation中修改因素的名字,这里按照缺省的为fɜ）1。在Umts中输入mm。见图10-40。点击Apply.然后点击工具条中的上，如此看到inclusion中出现因素匕01。至此我们定义了一个因素。按照上述方式添加DV_2,DV_3到HlCIUSKm中。图10-40因素设置对话框注意：假设需要添加的因素集比拟多，可以按住CtH的同时用鼠标同时选择多个。.加响应在树形区展开ReponseCandidatesʌMode1」，点击obj_toe,在图形区出现的对话框中在Umts一栏中输入degιee其余缺省设置，点击按钮Apply,然后点击工具条中的LH添加一个响应。（5）选择试验策略1.在树形区展开DeSIgn,点击第一项，或者点击工具条中的、，如此图形区出现如下对话框，按照图10-41中的选择。图IOTl设置试验策略2.同样在DSlgn卜.点击第四项一WoikSPaCe,或者点击工具条中的4 系统自动创立工作矩阵，见图1022。从图中看出共进展8次试验。图10-42工作矩阵到此试验设计的设置工作根本完成，下一步就是开始进展运行试验。（6）运行试验点击工具条中的国二，或者在主菜单中选择Data、SimulationxBuild-Run-LoadAlL系统自动回到ADAMS/View中来进展仿真试验。（7）结果分析.仿真完成后，进入菜单Sunulate,选择ADAMS/Insight,点击Display.在弹出的对话框中点击OK,进入ADAMS/Insight。.在树形区展开Desigiio依次点击DeSignSPaCed试验矩阵）、WorkSpace（工作矩阵）、WorkSpaceReview（工作矩阵预览）。可以看运行试验后的矩阵。.点击工具条中的比，或者在菜单TOOIS中选择FItNeWmOde1,这时看到工具条中的④（输出为Web文件）变亮。选择Regression中的obj_toe,选择Display中的Fit,会出现图10-43所示表格。在表中。绿色圆点表示满足所有的拟合准如此，假设有而带有问号的黄色圆点表示拟合准如此可以在容忍范围内，假设是红色的圆点，如此表示该拟合准如此有问题，必须要对其进展研究。ADAMSZInsight以标准方差统计（ANOVA）工具来进展拟合，并提供了一套ANOVA统计方法，如《2和火力，来评估光顺的质量。R2（取值范围0~1）越高表示越好，但还要与长回结合起来看。图1033结果的分析（8）优化结果可以使用InSlght进展优化，如果是单目标优化，如此只是涉及到一个响应［目标），如果进展多目标优化要涉及到多个响应。优化结果是通过两种途径来完成的，一种是更改因素的设置，另外一种是更改响应（目标）的设置。.通过更改因素设置来优化点击菜单中的Tools,点击OptimizeModeL弹出优化窗口（图10-44）；通过滑块修改一个或同时修改多个因素的值；点击按钮UPdate。.通过更改响应（目标）来优化,通过设置Op、Target.Welght来设置适宜的值；•在Fixed夏选框中打上勾，确定哪些因素在优化的时候值固定不变。・点击按钮Runo图10-44模型优化的设置（9）输出结果为Web文件.点击工具条中的如此系统会要求你给出文件名和存储地方。保存后，我们翻开该html的文件，显示结果如下。图10-45输出的HTML格式文件可以在这个页面上进展修改因素的值，来观测响应1目标）的变化。在DV_1的编辑框中直接输入值690,然后点击UPdate,可以看到响应（目标）值发生改变，或者点击“+〃号，在因素值改变的同时，响应的值也跟着变化。通过这种方式，可以研究因素值是如何影响响应值的。在State和EffeCtS前面的夏选框上打勾选中，如此会出来如下图图I（M6所示页面，前者表示拟合的统计结果，后者给出了各个因素对响应的影响大小。从图中看出，因素DV_3对响应（前束角）影响比拟大。图10-46各个因素对响应的影响大小.ADAMS,Mew试验设计DOE也可直接在ADAMS/View中进展，具体操作类似于设计研究。但Iiisight是ADAMS专门用于De）E的模块，功能更为强大。设计变量及及建立响应（目标）的建立如上节。ADAMSZView卜•的DoE操作如图10-47：图10∙47进展试验设计（1）在DesignVariables文本输入框输入设计变量的名称。也可以显示弹出式菜单，选择VarIabIe项，再选择BroWSe,显示数据库浏览器，从中选择设计变量。(2)如果有一个或多个设计变量仅定义了变化范围，可以在DefaultLevels文本输入框输入变量范围的等分水平数。(3)在Trailsdefinedby选择框，选择试验的方法：Built-InDOETeclimque,DirectInput,或FileInputoBUlIt-InDc)ETeChnlqUe方法，表示选择使用试验设计技术。此时，可以在DC)ETecliiiique选择栏，选择适宜的试验设计方法。选择CheckVariables,Guess#ofRUnS按钮，可以观察在同样水平的变量值，以及所需的运行次数。DnectInPut方法，表示直接输入试验的次数，可以在NumberofTrails栏输入试验的次数，在TrailMatrix栏输入每次试验的设计参数值。FileInput方法，表示采用文件输入的方式，输入试验的次数和参数值，此时，可以在TradMatrixFde栏输入包含试验数据矩阵的文件名。(5)选择Start,开始试验设计分析。ADAMSZView根据试验设计矩阵定义的参数值，自动地进展一系列的仿真分析，完成仿真分析以后，再将所有的设计变量设值为原先的值。图IOTg结果信息10.4.4优化分析优化分析是求出影响最大的参数在取什么值的时候能使测量1目标)到达最大〔或者最小)。本节续前两节，求出影响最大的参数在取什么值的情况下，用ADAMS所得出的前束角样条曲线与实验得到的样条曲线最为吻合。.实验所得曲线和通过ADAMS∕Vιew分析得到曲线(1)根据实验数据定义SPIme.在菜单BUild中依次选取DataElements、Spline、New,弹出对■话框10-49。在样条名字框中输入你定义的名字，这里我们为.model」.SPL_Toe,X、Y两列输入实验数据，其中X表示时间，Y表示对应时间的前束角的角度数。其余的按缺省值设置。表10-6样条曲线点坐标序号XY10A-202-304-4æð-508æoʒ.获得实验所得样条曲线。在图