高维复杂系统的降阶建模表征方法与多精度近似优化策略研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51675047
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0506.机械设计学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Aiming at the computational complexity difficulty in solving high dimensional complex system optimization, the order-reduction based modeling representation methods and multi-fidelity approximation optimization strategies are studied. The main research tasks of this project are summarized as follows. (1) A novel order reduced high dimensional modeling representation method (notated as KRG-HDMR) is proposed by using variation estimation of Gaussian process to improve the approximation accuracy and construction efficiency of the order reduced model; (2) a machine learning based design space branch reduction strategy is developed to identify the significant design regions, where the sequential bias sampling process is performed to enhance the optimization efficiency and global convergence capability; (3) penalty-independent constraint handling mechanisms are explored, which employ KS function to decrease the number of constraints, and construct adaptive KS filter to consecutively improve the optimality and feasibility of samples; (4) a KRG-HDMR correction method is proposed based on the multi-fidelity modeling concept to integrate KRG-HDMR in the adaptive metamodel based optimization framework; (5) KRG-HDMR based multi-fidelity approximation optimization strategies are finally developed to alleviate the computational cost of high dimensional complex system optimization, and upgrade the convergence property of solving constrained optimization problems with large scale expensive constraints. The research approaches of this project are novel and unique, and the research achievements are expected to break through several bottleneck techniques in high dimensional complex system optimization field, which can provide advanced design theories for complex equipment development.
针对高维复杂系统优化的计算复杂性问题,开展降阶建模表征方法与多精度近似优化策略研究。主要内容包括:①提出基于高斯过程方差估计的新型高维问题降阶建模表征方法(KRG-HDMR),提高降阶模型的近似精度与构造效率;②提出基于机器学习的设计空间分支缩减策略以辨识重点设计域,通过序列有偏采样改善优化效率与全局收敛性;③探索不依赖于罚函数的大规模高精度约束处理机制,利用KS函数实现约束条件降维,构造自适应KS过滤器持续改善样本点的最优性与可行性;④采用多精度建模思想发展一种KRG-HDMR修正方法,实现KRG-HDMR与自适应代理模型优化框架的有机融合;⑤发展一套基于KRG-HDMR的多精度近似优化策略,降低高维复杂系统优化的计算成本,改善求解大规模耗时约束优化问题的收敛特性。本项目技术途径具有创新性,研究成果能够突破高维复杂系统优化领域的多项瓶颈技术,可以为复杂装备研制提供先进的设计理论支持。

结项摘要

以航空航天系统为代表的现代高精端装备本质上都是高维复杂工程系统,其系统性能由多个学科的海量设计变量综合影响决定。采用优化设计技术挖掘系统设计潜力,对于提高总体设计性能、缩短设计周期等方面具有重要意义。然而,设计变量高维度、模型计算高耗时以及学科之间强耦合等问题,严重加剧了优化任务的计算复杂性。如何缓解高维复杂工程系统优化过程所面临的计算复杂性难题,成为了工程优化理论研究与实践中亟待解决的关键问题。.针对高维复杂系统优化的计算复杂性问题,本项目开展降阶建模表征方法与多精度近似优化策略研究,主要研究工作总结如下:①针对高维系统近似降阶表征难题,提出了基于高斯过程的高维模型表征方法,引入比例采点策略和方差驱动的序列采样机制,提高了组元Kriging构造效率,并通过模型修正策略改善了高维问题全局近似精度;②针对大规模高耗时黑箱约束问题,引入过滤器技术,推导了黑箱约束问题的约束概率改善度函数,提出了基于KS方程的并行综合可行期望改善填充准则,在不依赖罚函数的情况下有效权衡了优化过程的可行性和最优性;③发展了一套基于空间映射与整数规划的高效序列Maximin-LHD方法,提出了基于机器学习的设计空间缩减技术和特征准则驱动的序列填充采样技术,形成了一套近似优化策略族,并开发了一套近似优化工具包;④基于多源模型响应信息,研究了基于最小二乘的低精度代理模型修正策略和基于高斯过程的多模型融合残差修正方法,提升了多模型融合建模精度和构造效率,提出了一种基于双采样的Co-Kriging优化方法,并定制了一种基于聚类分析和改进Pareto适应度的多精度填充采样机制,有效平衡了多精度优化过程中局部搜索与全局探索。此外,项目组已将上述理论研究成果用于求解全电推进卫星平台等多种飞行器工程设计优化问题,检验了研究成果的有效性与实用性。.本项目已发表论文18篇,其中SCI论文12篇,EI论文6篇;申请国家发明专利16项,已授权5项;获得国家软件著作权2项;获得国防技术发明二等奖1项;研究工作达到了预期目标。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(7)
专利数量(16)
A fast optimal Latin hypercube design method using an improved translational propagation algorithm
使用改进的平移传播算法的快速最优拉丁超立方体设计方法
  • DOI:
    10.1080/0305215x.2019.1642881
  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
    Engineering Optimization
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Sun Yibo;Meng Xiuyun;Long Teng;Wu Yufei
  • 通讯作者:
    Wu Yufei
Multidisciplinary design optimization of long-range slender guided rockets considering aeroelasticity and subsidiary loads
考虑气动弹性和附加载荷的远程细长制导火箭多学科设计优化
  • DOI:
    10.1016/j.ast.2019.06.039
  • 发表时间:
    2019-09-01
  • 期刊:
    AEROSPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Wei, Zhao;Long, Teng;Li, Huaijian
  • 通讯作者:
    Li, Huaijian
Sequential Radial Basis Function-Based Optimization Method Using Virtual Sample Generation
使用虚拟样本生成的基于顺序径向基函数的优化方法
  • DOI:
    10.1115/1.4046650
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Journal of Mechanical Design
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Yifan Tang;Teng Long;Renhe Shi;Yufei Wu;G. Gary Wang
  • 通讯作者:
    G. Gary Wang
考虑高耗时约束的全电推进卫星多学科优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    宇航学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    袁斌;刘莉;李怀建;龙腾;史人赫
  • 通讯作者:
    史人赫
基于约束EGO的对地观测卫星多学科设计优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    龙腾;刘建;陈余军;史人赫;袁斌;刘莉
  • 通讯作者:
    刘莉

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其他文献

多基地SAR线目标参数反演与图像重建
  • DOI:
    10.16798/j.issn.1003-0530.2019.06.013
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  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    龙腾
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    邢超
基于限界约束的安全相关性质的推理证明
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    计算机工程与科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    龙腾;许智武
  • 通讯作者:
    许智武
雷达高机动目标长时间混合积累快速算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    信号处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周煦;许稼;钱李昌;龙腾
  • 通讯作者:
    龙腾
地基MIMO雷达快速成像算法研究
  • DOI:
    10.16798/j.issn.1003-0530.2019.06.021
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    信号处理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梅红艳;田卫明;胡程;龙腾
  • 通讯作者:
    龙腾

其他文献

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龙腾的其他基金

机器学习增强的高维强约束飞行器变维度近似优化方法
  • 批准号:
    52272360
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    面上项目
基于自适应代理模型技术的飞行器多学科设计优化策略研究
  • 批准号:
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  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目
GEO SAR信息获取与处理的理论及关键技术研究
  • 批准号:
    61032009
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    260.0 万元
  • 项目类别:
    重点项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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