基于組件布局優(yōu)化的光具座傳感器布局設(shè)計方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了基于組件布局優(yōu)化的光具座傳感器布局設(shè)計方法，該方法以機(jī)載光電平臺內(nèi)部偏心距最小為目標(biāo)，組件間不干涉為約束建立優(yōu)化問題，采用數(shù)學(xué)規(guī)劃法對優(yōu)化問題進(jìn)行求解，可以快速得到具有較小偏心距的傳感器組件布局方案。本發(fā)明專利技術(shù)可以有效地改善現(xiàn)有方法設(shè)計周期長、設(shè)計成本高的局面；本發(fā)明專利技術(shù)借助數(shù)學(xué)規(guī)劃法對傳感器組件布局問題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計效果好，得到的機(jī)載光電平臺內(nèi)部的偏心距小，因此配平需要的配重小，實(shí)現(xiàn)了整體結(jié)構(gòu)的減重，有利于機(jī)載光電平臺工作性能的提升。

Layout design of optical seat sensor based on Component Layout Optimization

The invention discloses a component layout optimization of optical bench sensor layout design method based on the method for airborne photoelectric platform internal eccentricity minimum as the goal, no interference between components to establish the optimization constraints, the optimization problem was solved by mathematical programming method, can quickly obtain less eccentricity sensor component layout scheme. The invention can effectively improve the existing methods of long design cycle, the high cost of the situation; the invention is to optimize the design of sensor component layout problems using mathematical programming method, good design effect, the internal airborne photoelectric platform eccentricity is small, so the need to trim weight small, the overall structure is conducive to weight loss, to enhance the performance of airborne photoelectric platform.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于組件布局優(yōu)化的光具座傳感器布局設(shè)計方法
本專利技術(shù)涉及一種機(jī)載光電平臺中光具座上傳感器布局的優(yōu)化設(shè)計方法。
技術(shù)介紹
機(jī)載光電平臺是武器系統(tǒng)的重要組成部分，其中光具座結(jié)構(gòu)及其上面安裝的四個傳感器組件是機(jī)載光電平臺的核心部件。四個傳感器組件兩、兩分組分別安裝于光具座結(jié)構(gòu)兩側(cè)平面上，這四個傳感器組件在光具座上的布局設(shè)計對機(jī)載光電平臺內(nèi)部的偏心距即實(shí)際質(zhì)心與理想質(zhì)心間的距離有著重要的影響，而偏心距大小則嚴(yán)重影響著機(jī)載光電平臺的工作性能。因此，光具座上四個傳感器組件的布局優(yōu)化設(shè)計對提升機(jī)載光電平臺工作性能非常重要。目前，機(jī)載光電平臺中光具座上四個傳感器組件的布局主要依靠經(jīng)驗設(shè)計，即設(shè)計人員首先依據(jù)工程經(jīng)驗給出初始布局方案，然后根據(jù)偏心距等指標(biāo)對設(shè)計方案進(jìn)行修改，通常需要經(jīng)過多次校核-修改的循環(huán)過程才能得到一個偏心距較理想的設(shè)計方案。該傳統(tǒng)設(shè)計方法的主要缺點(diǎn)是：(1)基于經(jīng)驗的設(shè)計過程通常需要經(jīng)過多次校核-修改過程，設(shè)計成本高昂且設(shè)計周期長。(2)設(shè)計方案的性能高度依賴設(shè)計人員的工程經(jīng)驗，不同設(shè)計人員給出的設(shè)計方案優(yōu)劣不一并且偏心距通常偏大，需要增加較大的配重實(shí)現(xiàn)配平，成本增加并且造成整體結(jié)構(gòu)重量增加，影響機(jī)載光電平臺工作性能提升。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了改善機(jī)載光電平臺中傳感器組件布局的設(shè)計方法，降低設(shè)計周期和設(shè)計成本，減小光電平臺內(nèi)部的偏心距，提高光電平臺工作性能，本專利技術(shù)提供了一種機(jī)載光電平臺中傳感器組件布局的優(yōu)化設(shè)計方法。該方法以機(jī)載光電平臺內(nèi)部偏心距最小為目標(biāo)，組件間不干涉為約束建立優(yōu)化問題，采用數(shù)學(xué)規(guī)劃法對優(yōu)化問題進(jìn)行求解，可以快速得到具有較小偏心距的傳感器組件布局方案。基于組件布局優(yōu)化的光具座傳感器布局設(shè)計方法，該方法根據(jù)各傳感器組件優(yōu)化后的質(zhì)心坐標(biāo)對初始設(shè)計的機(jī)載光電平臺上光具座的四個傳感器組件進(jìn)行布局，所述四個傳感器組件分別為傳感器組件1、傳感器組件2、傳感器組件3和傳感器組件4，其中傳感器組件1和傳感器組件3位于光具座的一側(cè)，傳感器組件2和傳感器組件4位于光具座的另一側(cè)，該方法包括：步驟1，建立機(jī)載光電平臺的有限元模型，在全局坐標(biāo)系下該初始設(shè)計的機(jī)載光電平臺上四個傳感器組件的質(zhì)心坐標(biāo)分別為(x01,y01,z01)，(x02,y02,z02)，(x03,y03,z03)，(x04,y04,z04)，初始設(shè)計的機(jī)載光電平臺質(zhì)心在全局坐標(biāo)系下的X、Y、Z坐標(biāo)為(xG0，yG0，zG0)；步驟2，分別對四個傳感器組件的外形輪廓利用有限包絡(luò)圓族進(jìn)行描述，得到傳感器組件1的B1個包絡(luò)圓，傳感器組件2的B2個包絡(luò)圓，傳感器組件3的B3個包絡(luò)圓，傳感器組件4的B4個包絡(luò)圓，B1為大于等于1的自然數(shù)，B2為大于等于1的自然數(shù)，B3為大于等于1的自然數(shù)，B4為大于等于1的自然數(shù)；步驟3，通過式(1)得到各傳感器組件優(yōu)化后的質(zhì)心坐標(biāo)：式(1)中：在全局坐標(biāo)系下，傳感器組件i的質(zhì)心坐標(biāo)為(yi，zi)；為傳感器組件i的質(zhì)心在Y軸上的下限值，為傳感器組件i的質(zhì)心在Y軸上的上限值，為傳感器組件i的質(zhì)心在Z軸上的下限值，為傳感器組件i的質(zhì)心在Z軸上的上限值；Gc為機(jī)載光電平臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)的偏心距，xG、yG和zG分別表示機(jī)載光電平臺質(zhì)心在全局坐標(biāo)系下的X、Y、Z坐標(biāo)，Md為光具座的質(zhì)量，xd、yd和zd分別表示全局坐標(biāo)系下光具座質(zhì)心的X、Y、Z坐標(biāo)；i表示傳感器組件編號，Mi表示第i個傳感器組件的質(zhì)量，xi、yi和zi分別表示第i個傳感器組件質(zhì)心在全局坐標(biāo)系下的X、Y、Z坐標(biāo)；gk為傳感器組件i與傳感器組件j之間包絡(luò)圓的第k個距離函數(shù)，gk＝(yim-yjn)2+(zim-zjn)2-(Rim+Rjn)2，所述i和j的取值為兩種情況，所述兩種情況分別為i＝1，j＝3和i＝2，j＝4；m＝1,2…Bi，n＝1,2…Bj，Bi和Bj分別表示第i，j個傳感器組件的包絡(luò)圓數(shù)量；Rim為傳感器組件i的第m個包絡(luò)圓的半徑；Rjn為傳感器組件j的第n個包絡(luò)圓的半徑；yim和zim分別表示傳感器組件i的第m個包絡(luò)圓的圓心在全局坐標(biāo)系中的Y、Z坐標(biāo)；yjn和zjn分別表示傳感器組件j的第n個包絡(luò)圓的圓心在全局坐標(biāo)系中的Y、Z坐標(biāo)；k＝1，2…K，K＝B1×B3+B2×B4。進(jìn)一步地，通過式(2)，計算yim，zim：其中，ycim和zcim表示傳感器組件i的第m個包絡(luò)圓的圓心坐標(biāo)在以傳感器組件i質(zhì)心為原點(diǎn)的局部坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，局部坐標(biāo)系由全局坐標(biāo)系平移得到。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下技術(shù)效果：(1)本專利技術(shù)可以有效地改善現(xiàn)有方法設(shè)計周期長、設(shè)計成本高的局面；(2)本專利技術(shù)借助數(shù)學(xué)規(guī)劃法對傳感器組件布局問題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計效果好，得到的機(jī)載光電平臺內(nèi)部的偏心距小，因此配平需要的配重小，實(shí)現(xiàn)了整體結(jié)構(gòu)的減重，有利于機(jī)載光電平臺工作性能的提升。附圖說明圖1是機(jī)載光電平臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有限元模型示意圖；圖2是傳感器組件1和傳感器組件3外形輪廓的有限包絡(luò)圓描述圖；圖3是傳感器組件2和傳感器組件4外形輪廓的有限包絡(luò)圓描述圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明。本專利技術(shù)步驟1中初始設(shè)計的機(jī)載光電平臺中光具座上傳感器組件的布局，是使用現(xiàn)有技術(shù)中任一方式對機(jī)載光電平臺中光具座上傳感器組件的布局。本專利技術(shù)中每個傳感器組件的包絡(luò)圓是根據(jù)文獻(xiàn)“有限包絡(luò)圓族的快速生成方法及其在二維布局優(yōu)化中的應(yīng)用”中有限包絡(luò)圓的劃分方法，對每個傳感器組件的外形輪廓利用有限包絡(luò)圓族進(jìn)行描述，得到每個傳感器組件的多個包絡(luò)圓，其中包絡(luò)圓的數(shù)量由每個傳感器組件的外形輪廓決定。實(shí)施例步驟1，在ANSYS軟件中建立某機(jī)載光電平臺結(jié)構(gòu)初始設(shè)計的有限元模型如圖1所示，四個傳感器組件等效為質(zhì)量點(diǎn)通過剛性桿單元兩、兩分組分別安裝于光具座結(jié)構(gòu)兩側(cè)平面上，傳感器組件1、3安裝在同一個平面上，傳感器組件2、4安裝在另一個平面上。該初始設(shè)計方案中四個傳感器組件的質(zhì)心坐標(biāo)分別為(x01,y01,z01)，(x02,y02,z02)，(x03,y03,z03)，(x04,y04,z04)如表1所示，此處全局坐標(biāo)系原點(diǎn)為機(jī)載光電平臺的理想質(zhì)心位置。xi、yi和zi分別表示第i個組件質(zhì)心在全局坐標(biāo)系下的X、Y、Z坐標(biāo)。表1步驟2，傳感器組件1和傳感器組件3的外形輪廓及其包絡(luò)圓劃分情況如圖2所示，傳感器組件2和傳感器組件4的外形輪廓及其包絡(luò)圓劃分情況如圖3所示。Cim表示傳感器組件i的第m個包絡(luò)圓，ycim和zcim表示傳感器組件i的第m個包絡(luò)圓的圓心坐標(biāo)在以傳感器組件i質(zhì)心為原點(diǎn)的局部坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，局部坐標(biāo)系由全局坐標(biāo)系平移得到，Rim表示組件i的第m個包絡(luò)圓的半徑，其值如表2所示。表2步驟3，將四個傳感器組件的質(zhì)心坐標(biāo)作為當(dāng)前設(shè)計變量，由于組件只可在Y軸、Z軸方向上平動，因此每個組件只有兩個自由度，即兩個設(shè)計變量yi和zi。分別確定四個傳感器組件設(shè)計變量yi變動范圍的下限與上限設(shè)計變量zi變動范圍的下限與上限如表3所示。表3步驟4，當(dāng)四個傳感器組件的質(zhì)心坐標(biāo)為當(dāng)前設(shè)計變量時；在ANSYS中求解機(jī)載光電平臺內(nèi)部的偏心距Gc：其中，xG、yG和zG分別表示機(jī)載光電平臺質(zhì)心在全局坐標(biāo)系下的X、Y、Z坐標(biāo)，本實(shí)施例中，xG、yG和zG的初始值為(xG0，yG0，zG0)，本實(shí)施例取(-5.25，0.6本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
基于組件布局優(yōu)化的光具座傳感器布局設(shè)計方法，該方法根據(jù)各傳感器組件優(yōu)化后的質(zhì)心坐標(biāo)對初始設(shè)計的機(jī)載光電平臺上光具座的四個傳感器組件進(jìn)行布局，所述四個傳感器組件分別為傳感器組件1、傳感器組件2、傳感器組件3和傳感器組件4，其中傳感器組件1和傳感器組件3位于光具座的一側(cè)，傳感器組件2和傳感器組件4位于光具座的另一側(cè)，其特征在于，該方法包括：步驟1，建立機(jī)載光電平臺的有限元模型，在全局坐標(biāo)系下該初始設(shè)計的機(jī)載光電平臺上四個傳感器組件的質(zhì)心坐標(biāo)分別為(x

【技術(shù)特征摘要】
1.基于組件布局優(yōu)化的光具座傳感器布局設(shè)計方法，該方法根據(jù)各傳感器組件優(yōu)化后的質(zhì)心坐標(biāo)對初始設(shè)計的機(jī)載光電平臺上光具座的四個傳感器組件進(jìn)行布局，所述四個傳感器組件分別為傳感器組件1、傳感器組件2、傳感器組件3和傳感器組件4，其中傳感器組件1和傳感器組件3位于光具座的一側(cè)，傳感器組件2和傳感器組件4位于光具座的另一側(cè)，其特征在于，該方法包括：步驟1，建立機(jī)載光電平臺的有限元模型，在全局坐標(biāo)系下該初始設(shè)計的機(jī)載光電平臺上四個傳感器組件的質(zhì)心坐標(biāo)分別為(x01,y01,z01)，(x02,y02,z02)，(x03,y03,z03)，(x04,y04,z04)，初始設(shè)計的機(jī)載光電平臺質(zhì)心在全局坐標(biāo)系下的X、Y、Z坐標(biāo)為(xG0，yG0，zG0)；步驟2，分別對四個傳感器組件的外形輪廓利用有限包絡(luò)圓族進(jìn)行描述，得到傳感器組件1的B1個包絡(luò)圓，傳感器組件2的B2個包絡(luò)圓，傳感器組件3的B3個包絡(luò)圓，傳感器組件4的B4個包絡(luò)圓，B1為大于等于1的自然數(shù)，B2為大于等于1的自然數(shù)，B3為大于等于1的自然數(shù)，B4為大于等于1的自然數(shù)；步驟3，通過式(1)得到各傳感器組件優(yōu)化后的質(zhì)心坐標(biāo)：式(1)中：在全局坐標(biāo)系下，傳感器組件i的質(zhì)心坐標(biāo)為(yi，zi)；為傳感器組件i的質(zhì)心在Y軸上的下限值，為傳感...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉虎，朱鐳，高瑜，田杰，卜忠紅，段文博，楊曉強(qiáng)，張衡，曹尹琦，孔龍陽，趙瑋，王磊磊，
申請(專利權(quán))人：西安應(yīng)用光學(xué)研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西,61