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优化设计与优化方法范文1
关键词：建筑工程设计方案优化策略方法
Abstract: in order to improve the engineering construction investment effect, from the construction site selection and engineering general layout began, until finally the design of the structural components, and should be made more campaign plan, choose the advanced technology, reasonable economy the optimal design of, or to the existing design scheme is optimized, so it can more reasonable in economy.
Keywords: building engineering design optimization strategy method
中图分类号：S611 文献标识码：A文章编号：
引言
工程设计阶段是项目建设过程中最具创造性、经济性和思想性的阶段，是人们充分发挥主观能动性，在技术和经济上对拟建项目的实施进行全面安排的阶段。工程设计对于拟建项目的工程质量、建设周期、工程造价以及在建成后能否获得较好的经济效果起着决定性的作用。据有关专家分析，设计费用一般只相当于建筑工程全寿命费用的l％以下，但是它对工程造价的影响程度却达到75％以上。当一个工程项目的初步设计确定以后，大到工程规模、建设规划、结构形式和建筑标准，小到建筑用料、构件配件和设备的种类型号及数量基本上被决定了，工程项目投资方案也基本定型。因此，在做出项目投资决策后，控制工程造价的关键在于设计。优化设计方案、加强设计阶段工程造价控制，对提高工程投资效益、降低建设工程成本，有着极其重要的意义。本文简单介绍一下建筑工程设计方案优化的途径。
1.主管部门应加强对优化设计工作的监控
作为《建设工程质量管理条例》配套文件之一的《建筑工程施工图设计文件审查暂行办法》已由建设部颁布施行，它的实施将对控制设计质量提供重要保证，但《办法》中规定的审查主要针对设计单位的资质、设计收费、建设手续、规范的执行情况、新材料新工艺的推广应用等方面的内容，缺乏对方案的经济性及功能的合理性内容的审查要求。因此，为保证设计方案优化工作的顺利开展，建设主管部门在执行《办法》的同时，还要制定设计方案优化的评定标准和具体实施细则，并增加专业技术人员配备和审查力度，对各阶段设计成果进行全面审查。既要审查技术可行性，又要审查经济合理性。具体来说，“初步设计”可由规划部门审查，“技术设计”由业主会同上级主管部门和有关中介咨询服务机构审查，“施工图设计”由建设主管部门属下的审图中心审查。第二，建设主管部门应加强对设计市场的管理力度，严格通过资质管理、人员注册、设计招标、图纸审查等环节来规范设计市场，力求减少无证设计和越级设计。三是利用主管部门的职能，不断总结推广标准规范和标准设计，适时公布合理的技术经济指标及考核指标，为设计方案优化的进行提供良好服务。设计单位在向业主提供“初步设计”、“技术设计”、“施工图设计”文件时，业主应通过合同约定让设计单位同时提供与之相对应的“设计总概算”、“修正总概算”、“施工图预算”，以便为主管部门考核设计方案的经济性和业主作相关决策时提供直接依据。
2.推广标准化设计
标准化设计又称定型设计、通用设计，是工程建设标准化的组成部分。各类工程建设的构件、配件、零部件、通用的建筑物、构筑物、公用设施等，只要有条件的，都应该实施标准化设计。采用标准化设计的优点有：设计质量比一般工程设计质量高；可以提高劳动生产率，加快工程建设进度；可以节约建筑材料，降低工程造价。
3.建立必要的设计竞争机制
为保证设计市场的公平竞争，设计经营也应采用招标投标。
3.1作为业主，应明确设计招标虽需多支付设计费和增加前期准备时间，但设计方案优化可节省更多的投资。为此，各地首先应成立合法的设计招标机构。
3.2各地方主管部门应制定相应规定，确定项目设计招标范围，对符合条件的项目必须进行设计招标。
3.3业主对拟建项目应有明确的功能及投资要求，必须编制完整的设计招标文件。
3.4招标时应对投标单位的资质信誉等方面进行必要的资格审查。
3.5应组建健全的评标机构和制定合理的评标方法，这样既可保证公平竞争，又可对业主在项目建设上的随意性加以限制
现阶段，建筑设计虽有各种建筑结构设计软件，但建筑构件、建筑配件的构造做法仍需设计人员人为确定，并在此基础上手工计算出构件所承受的各种荷载。荷载的大小，直接决定了结构布置形式和构件的形状大小及材料用量，从而也就直接决定了工程造价的高低。例如商品住宅现浇钢筋混凝土楼面，一般构造做法为：板底粉刷，现浇结构层，板顶找平层。通过适当改变施工工艺，构造做法可改为：板底局部批腻子，现浇结构层随捣随抹光，这样既简化了构造做法，减小了荷载，又实实在在地节约了人工和材料，降低的工程造价也是显而易见的。事实充分说明，设计方案的优化不仅仅是总体和全局的优化，还体现在细部构造上。因此，从某种意义上来说，能否做到设计方案优化，也是设计单位是否具有市场竞争实力的具体表现。设计单位欲提高自身竞争能力，在内部管理上应把设计质量同个人经济收入挂钩，促使设计人员加强经济观念，把技术与经济统一起来，改变以前设计过程中不算账，设计完了概算见分晓的现象，由“画了算”变为“算着画”。并通过室主任、总工程师和造价工程师层层把关，确保设计既满足功能要求，又力求经济合理。
4.实施限额设计
所谓限额设计，就是按照批准的设计任务书及投资估算控制初步设计，按照初步设计总概算控制施工图设计，同时各专业在保证达到使用功能的前提下，按分配的投资限额控制设计，严格控制技术设计和施工图设计的不合理变更，保证总投资限额不被突破。投资分解和工程量控制是实行限额设计的有效途径和主要方法。限额设计是将上阶段设计审定的投资限额和工程量先分解到各专业，然后再分解到各单位工程和各分部工程而得到的，通过层层限额设计，实现对投资限额的控制与管理；同时也实现了对设计标准、工程数量与概预算指标等各方面的控制。限额设计是设计阶段控制工程造价的重要手段，它能有效地克服和控制“三超”现象，使设计单位加强技术与经济的对立统一管理，能克服设计概预算本身的失控对工程造价带来的负面影响。
4.对设计人员实施奖惩
4.1 惩罚措施建立相应的法律法规约束，并在设计委托合同中明确一定的惩罚，可以使设计方懂规矩、辨是非，促使其改过，具有一定的警告作用
4.2 激励措施在设计委托合同中，明确一定的激励措施，使利益激励能更好调动设计人员的工作主动性、积极性、实施有效的激励，可以激发设计人员的工作热情，使其自觉提高工作水平与质量。
4.3从思想上端正设计人员的态度，加强其职业道德教育：(1)建筑设计人员要努力提高自身的政治思想水平，在处理建筑设计事务中，坚持客观立场，一切从实际出发，以客观事实为依据。(2)加强对建筑设计人员的诚信教育，必须让每一位建筑设计人员都明白，一流的专业技术不是走向成功道路的唯一条件，而一流的道德水平才是建筑设计人员完善境界的基本要素。
5结束语
设计方案优化，是确保工程造价更趋合理和经济的先决条件。设计方案优化，既要把握全局和总体方案的优化，又要关注建筑细部设计的优化。通过设计方案优化来控制建设投资是一个综合性问题。在设计实务中，工程设计人员应正确处理技术与经济的对立统一，既要反对片面强调节约，忽视技术上的合理要求，使项目达不到功能要求的倾向，又要反对重技术，轻经济、设计保守浪费的现象，要利用价值工程的原理来进行设计方案分析，以提高价值为目标，以功能分析为核心，以系统观点为指针，最大程度上确保设计方案优化，从而最终达到节省建设投资的目的。
参考文献：
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[2]伍晏，夏萍，周以大．运用价值工程法则，优化方案设计，合理降低建筑造价[J]．建筑施工，2009
优化设计与优化方法范文2
关键字：房屋；结构设计；优化技术
引言
目前，随着社会经济水平的不断提高，土地价格也在不断上涨。同时，人民对住房条件的需求也在不断上升，因此，对开发商带来的压力也在不断加大。为了实现房屋建筑经济效益的最大化，就需要采用结构优化技术，在有限的空间内实现资源的最大利用。房屋结构优化设计是指，采取科学合理的设计理念和技术方法来设计房屋结构，以最小的工程报价来最大化整体的建筑收益，提高房屋的质量水平，使得企业也获得较高的利润等。
一、我国目前房屋结构设计现状以及实施优化设计的原因
随着我国经济的飞速发展，人民生活水平的不断提高，对住房建设要求也越来越高。同时，根据我国目前的基本国情，人口数量日益增长，住房面积需求量不断加大。因此，我国现阶段住房建设主要以高层为主。房屋的结构设计优化不仅能够满足当今大众的需求，更能为投资者减少建筑成本。
房屋建设结构优化必须以建筑的安全性为首要原则，然后再进一步分析建筑方案，配合科学合理的设计理念，从而有效控制建筑工程造价，实现经济效益的最大化。根据近些年的数据资料显示，优化建筑结构设计可以为整项建筑工程节省30%-50%的费用。但是，在实际的设计过程中，方案设计受自然因素的影响很大，很难发挥出其本身的优越性。例如，工程设计阶段，施工方过多的缩短建筑设计时间，从而使设计效果达不到理想的要求，在缩短工程工期的同时也降低了工程设计质量；建筑设计时，设计人员的经验不足，专业知识不完备，对一些设计软件掌握的不够精通；一些设计者在设计建筑时过度的关注部分结构而忽视了整体方案等等，这些因素都会导致建筑结构设计的不够优化。因此，房屋建筑设计者必须科学合理的分析整体建筑方案，并设计出最优的结构，才能实现经济利益的最大化。
二、房屋结构设计优化主要体现在哪些方面
房屋结构设计优化主要是采取合适的方法以及科学的设计理念来最大化的达到房屋设计标准，如：房屋结构的合理布局、构件大小、结构框架等。钢筋混凝土结构的优化设计的基本理念是将建筑的具体部件以及整体布局进行分析，而顶柱、体形、层高以及拉力构件等等都会影响建筑物的整体布局。建筑构件的布局、强度等级以及配筋构造都是建筑物具体构件的体现。综合以上因素，建筑方案结构需要专业知识丰富且熟知设计规范的工程技术人员设计，而且在设计时必须充分考虑各构件直接的受力特性，从而选取最优的设计方案。
三、房屋结构优化设计技术
（一）优化技术的基本原则
在工程设计优化过程中，必须以工程设计和工程价值为基本原则。优化结构设计的最终目标是充分利用建筑材料，实现建筑构件利用的最大化。优化结构设计不仅遵守建筑设计规范，更实现了当今建筑的审美学和价值学。通过深化改善房屋结构设计，从而实现建筑功能更加协调完善，降低建筑成本，提高经济效益。
房屋结构的优化必须从实际工程施工出发，结合房屋结构的具体情况，实现房屋建筑的结构的最优化设计。在进行结构优化时，必须依据设计意图，采用平面设计布局，降低构件质量和刚度之间的差异，减小水平负载造成的房屋扭曲，在竖直方向上采用转换层技术，有效地降低构件的集中用力。
（二）优化设计的基本的要点
1.依据设计规范
工程师在设计建筑结构时必须具备丰富的建筑设计经验以及熟知设计规范。即依据科学的设计理念，将自身的优化方案融于整个工程项目设计中去。建筑结构设计规范更多是对于工程较大的项目，因而会造成某些规定过于保守。另外，在工程设计比较特殊或复杂时，依据某些规定将会造成建筑物的不安全。因此，这就要求设计师在建筑设计过程中必须具备良好的专业素质以及清醒的思路、正确的判断力，争取将建筑结构设计做到最优。
优化房屋结构设计过程中，应注重建筑构件的细节优化，如：建筑构件的受力钢筋，在满足塑性的条件下尽可能的选择性价比较高的产品，从而实现房屋结构的经济、安全。
2.结构师主动参与建筑设计
在工程施工前期以及施工过程中，建筑结构师的主动参与对整个房屋结构优化起到关键性作用。在实际的工程施工过程中，建筑设计师往往不能够对整个结构体系进行很好的受力分析，即建筑结构师的设计理念以及其自身具备的经验不能完全代替设计师的设计思想，同时，建筑与结构上专业知识的隔阂也无法弥补。建筑结构设计师其丰富的工程设计经验以及专业设计理论，积极主动的为设计师出谋划策，只有两者的顺利合作才能设计出更加优秀的方案。
目前，我国的房屋建筑设计总是先从建筑的结构布局开始，根据结构承载负荷的不同分析所需的材料、参数等，往往这种分析方法是计算机所不能计算出的，它需要建筑结构设计师充分论证整个建筑设计方案之后做出的判断。而这些判断需依据实际工程实践经验以及结构设计所遵循的一般规律进行。
3.加强设计团队之间的合作
优化房屋结构是一项整体而系统的工作，它需要团队之间的协调合作。现代建筑主要由结构、设备、建筑三大要素组成。因此，在工程施工过程中要明细团队内部分工，并做好团队合作，只有这样才能有机的结合各个构件创造出更加完美的作品。在建筑工程设计阶段，房屋的结构设计和建筑设计是不可分割的，只有协调好两者之间的关系，才能设计出更加美观大方的建筑方案，同时，又降低了建筑成本，简化施工过程，达到既美观又实用的建筑效果。通常建筑设计师在设计建筑时，只是一味的要求设计方案的新奇，而忽略了建筑学中基本的力学关系，这样设计出的方案往往在结构设计上造成困难。因此，团队之间的协调合作是房屋结构优化的重要保障。
4.优化房屋建筑结构，解决房屋抗震问题
房屋结构的优化不仅仅能降低建筑成本、增加建筑美观、简化施工过程，更能加强房屋的抗震作用。通过房屋结构优化技术，可以增加房屋抵抗外部作用的破坏，有效地降低房屋破坏程度。因此，在房屋结构优化设计过程中，抵抗外界各种不良因素的影响成为结构优化设计工作的主要内容。在日常的外界不良因素中，地震是最难以预测且对房屋建筑物破坏最强的，所以在房屋计算及构造上必须加强抗震措施。如：房屋构件刚度的对称性以及均匀性都可以有效的缓解地震对建筑物的破坏；多道防设设计理念可以有效缓冲特大地震对房屋主构件的破坏。以上这些设计思想都是房屋结构设计的重要内容。
四、总结
工程造价对整个工程项目的经济效益起着关键性作用，因此优化房屋结构设计，不仅可以降低整个工程的造价成本，更能提升整体房屋的安全级别。结构设计与建筑设计的协调配合，充分发挥其自身的优势，设计出最优的房屋结构。在平面设计过程中，应遵循对称、均匀的原则，缩小房屋构建质量与刚度之间的差异。在竖直布置上，保证上下承重件负载的上下贯通。建筑是艺术的表现，在保证房屋安全的前提下，结构师应敢于创新，将房屋的实用性与艺术性完美的结合在一起。
参考文献：
[1]侯贯泽，刘树堂.工程结构优化设计理论与方法[J].钢结构，2009，2（8）：148-150.
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优化设计与优化方法范文3
【关键词】桥梁设计；问题 ；优化方法
一.桥梁设计中存在的问题
1. 对设计规范认识不足
设计人员对规范的依赖性太强，定规范为唯一的标准，不考虑道路交通发展和小概率事件的发生，没有充分考虑规范以外的提高耐久性的构造及手段。设计人员在设计中是要以规范为依据，但规范给出的仅是一个基本的要求，更多的细节问题都需要设计人员自己去考虑。1.2 设计中具体细节注意不够
虽然设计的细节是繁琐的，但重要的部分设计，需要设计人员不断学习和积累经验。设计人员应结合桥梁所在地区的材料实际供应情况进行结构设计。
1.3设计人员素质不强，理论基础不扎实
参与桥梁设计的工作人员不但要完善工程力学知识体系，必须有良好的设计水平，对做好工程设计的全部过程及相关细节考虑周全，才能确保设计成果的安全性与可靠性。而实际上，设计人员往往做不到全面的考虑。除了设计不能满足工程规范外，一些设计人员无法正确认识结构本身的特点，设计经验不足而无法对于结构可能面临的使用环境、外在腐蚀、风雪冰冻、地震泥石流、过往车量载重情况以及工程用料本身的老化等因素所造成的影响做出预测。
1.4基础设计中常见问题分析
常见问题是：桥梁基本地质钻探数据缺乏或不满足设计要求，往往发生在中、小型桥梁设计中。桥梁基础的设计是非常重要的。地质钻探资料是桥梁地基基础设计的重要依据之一，桥址处应进行工程地质勘察，提供的勘察资料应正确反映地形、地貌、地层结构、影响桥梁稳定的不良地质、岩土的物理力学性质及地下水埋藏等详细情况。桥梁每个墩、台至少应有一个地质钻孔，钻孔深度应在桩尖持力层以下3～5m。没有工程地质勘测资料的基础设计，既不能保证桥梁上部构造的安全和正常使用，又不能付诸施工，达不到施工图设计深度的要求。为了避免这一问题的发生，设计人员应该对相关规范有所了解，并及时与建设方、勘察单位沟通，得到满足设计要求的地质勘探资料，使桥梁设计满足承载能力的需要，达到稳定、安全、经济，合理的目的。
1.5 桥梁配筋设计不合理
常见问题是：桥墩普通钢筋混凝土帽梁设计中，帽梁的主拉应力钢筋（斜筋）的起弯点布置不合理，斜筋间距偏大；桥墩钢筋布置中，梁支座下的牛腿构造仅配置了主拉应力斜筋，但斜筋未与水平向或竖直钢筋焊接，形成了“浮筋”；预应力混凝上空心板的悬臂翼缘板长度为1.5m，悬臂翼板的顶层仅配置了横桥向的主要受力钢筋，未配置顺桥向的纵向分布钢筋，构造不够合理；连续梁中间支承附近的腹板内未设纵向加强钢筋。
1.6桥梁设计环节对于桥梁载重能力设计不足
桥梁设计过程中，桥梁载重能力有两种极限状态：承载能力与正常使用。前者有两层涵义，既包括超出桥梁的承载极限之后，结构的整体或者某个部位的稳定性就会受到破坏，又指在重复荷载的情况下，桥梁混凝土构件超出疲劳极限而丧失其稳定性。当前，有些相关规范指出在桥梁的设计工作中对重复荷载产生的破坏可以不予考虑，这一点对于桥梁主梁的设计非常有效，但是桥梁的其它部位如果对此也直接忽视的话，对于桥梁的安全性、耐久性而言将产生非常不利的影响。
二.相关问题
2.1重视桥梁工程设计人员专业素质的提高
设计人员的重要性无需赘述，但桥梁工程整体设计工程又非常复杂，对于设计人员专业素质要求也相应比较严格。桥梁设计人员除了要有相关力学理论以及设计素质之外，对于工程可能面临的到各种影响也应当考虑到。
2.2在设计中从多方面考虑提升桥梁混凝土结构的耐久性
桥梁施工以及后期使用期间，不可避免会受到外界自然环境的侵蚀，更要承受车辆荷载长期考验，再加上建筑材料本身性能的不断下降，桥梁结构的某些部位就会出现损伤。要避免这类问题，就须从设计阶段进行着手以提升桥梁结构的耐久性，具体可以从以下方面改进：增加混凝土构件保护层的设计厚度，延长其使用年限；科学设计所需建材标准，比如高性能环氧沥青能够增强混凝土结构的密实度、耐磨性以及其结构刚度，再如高屈服的带环氧涂层的钢材韧性、耐腐蚀性都比较强；重视结构的防水设计，桥梁应当设置有抗剪拉、防渗透的防水层面，如桥面铺装层上面，如伸缩缝部位的排水构造等等。
2.3在设计时应充分考虑到桥梁使用中的荷载能力
车辆过桥时导致桥梁超载的具体情况并不完全一样，有些是由于桥梁本身使用年限过长，已经处于超龄负载使用期，有些是由于桥梁运营过程中的车流量走出了设计时的承受量；还有可能是车辆所运货物超出其自身的荷载量。在国内桥梁运输中，前者较少，后两种相对更多。超载现象会造成桥梁的疲劳损伤，更严重会导致桥梁结构的损毁。再加上因此而导致的各种结构内部损伤无法修复，会导致即便在正常荷载范围内桥梁运行也无法处于良好状态，进而造成桥梁安全与耐久性下降。基于此，相关工作人员在桥梁的设计阶段就应当充分考虑到这方面的问题，并做出相应的预防性设计。
2.4加强完善桥梁配筋设计
梁的主拉应力区配置斜筋起弯点的规定，主要目的是保证斜截面弯度不小于正截面的弯度效应，所以应严格按规范的规定执行靠近支点的第一排弯起钢筋顶部的弯折点，简支梁或连续梁边支点心位于支座中心截面处，悬臂梁或连续梁中间支点应位于横隔板靠跨径一侧边缘处，以后各排弯起筋的梁顶部弯折点，应落在前一排弯起钢筋的梁底部弯折点处或弯折点以内；主拉应力钢筋中“浮筋”是禁用的钢筋形式，由于其两端未与主筋相焊接，不能形成有效的握裹力及锚同构造，所以也不能形成主抗拉应力的效应，因此弯起钢筋不得采用浮筋；分布钢筋的作用，是将荷载分配传递给受力钢筋，分担混凝土收缩和温度变化引起的拉应力，固定受力钢筋的位置，故应按规范规定设置分布钢筋；板内应设垂直于主钢筋的分布钢筋，分布钢筋直径不小于8mm，其间距应不大于200mm，截面面积不宜小于板的截面面积的0.1%，在主钢筋的弯折处，应布置分布钢筋。连续梁中问支承点附近受力较为复杂，支座边缘常有局部拉应力产生，在腹板和底板中设置间距较密的纵向短钢筋，有利于防止箱梁局部裂缝的展开，在支点附近剪力较大区段和预应力混凝上梁锚固区段，腹板两侧纵向钢筋截面面积应予增加，纵向钢筋间距宜为100～150mm。
三.总结
在桥梁工程设计中，桥梁的安全隐患是十分关键的。因此，桥梁中的隐患已成为急需要解决的问题，要积极借鉴成功的经验和做法，除了加强施工质量管理外，要从桥梁设计理念、结构体系和构造的角度做好防患设计。
参考文献：
[1] 谢贤.浅谈桥梁设计存在的问题及解决对策[J]. 科技信息. 2011（19）.
[2] 陈志亮.浅谈桥梁设计存在的问题及相关对策[J]. 科技资讯. 2008（02）.
优化设计与优化方法范文4
（海军91370部队，福建 福州 350014）
摘要：针对船舶Buck变换器电路的内部机理建立了数学模型，设计了基于输入/输出线性化的方法，得到了定频PWM滑模控制器。考虑到电路受外部干扰以及参数摄动带来的不确定性，采用RBF神经网络对电路未知量进行估计，提高了系统的抗干扰能力。仿真结果表明，设计的控制器在标称情况下和在存在外界干扰以及参数摄动的情况下，都能较好地稳定在期望值上，体现了较强的鲁棒性。
关键词 ：船舶Buck变换器；PWM；输入/输出线性化；神经滑模
0引言
滑模变结构控制由于算法简单、鲁棒性好和可靠性高而被广泛应用于运动控制中，尤其被用于可建立精确数学模型的确定性控制系统中［1］。它的思想是确定切换函数，使系统先运行到滑模面上后做滑模运动，最终使系统稳定下来。由于切换函数的选择一般是关于系统状态变量的函数，且滑动模态可自行选择，故采用滑模控制对参数变化及扰动不灵敏。相比线性控制技术，滑模控制技术更适合用于开关变换器的控制，可克服开关变换器的周期性时变特性［2-4］，从而改善变换器的瞬态和稳态品质。功率变换器在工作过程中受开关控制量的控制，在两个拓扑之间来回切换，从而使系统在两个拓扑结构之间切换，具有变结构的特点。目前采用滑模控制对开关变换器的控制已取得了一定的实用研究成果［5-7］。
上述文献大多采用的是滞环调制，其最大的缺点就是运行开关频率不固定，而且对噪声敏感，给滤波器的设计带来了不便［8-10］。本文采用PWM调制，PWM调制最大的优点就是无论控制占空比的信号如何变化，其输出脉冲信号的频率都保持不变。
文献［11］针对上述问题，提出了一种新的定频PWM滑模变结构控制方法——基于精确反馈线性化的定频PWM滑模变结构控制，但基于精确线性化的反馈控制对系统参数稳定性具有较高要求，而实际参数会随温度、压力等的变化而改变。本文在此基础上提出了基于输入/输出线性化的神经滑模控制方法，主要用于解决参数摄动对控制性能的影响，以船舶Buck变换器为例进行仿真，仿真结果表明，设计的控制器具有较好的鲁棒性。
1船舶Buck变换器的数学模型
船舶Buck变换器的电路图如图1所示。
采用PWM控制，u为PWM的占空比（0≤u≤1），在u的控制下，可得到Buck变换器的状态平均方程：
2输入/输出线性化
对于非线性系统，通过适当的反馈变换实现输入/输出反馈线性化，从而将复杂的非线性系统转化为线性系统问题。对于原系统是线性的情况，可以转换为能控标准型的线性系统问题。相对泰勒级数展开，反馈线性化没有忽略任何高阶非线性项，因此这种变化不仅是精确的，而且是整体的［12］。
对系统（2） 求李导数，可得：
所以系统的相对阶数为2，对系统（2） 进行同胚坐标变换z=h（x），可得以z为状态变量的系统：
输出方程为y=h（x）=z。
3神经滑模控制器设计
对系统（3）采用滑模控制，设计滑模切换函数为：
s=ce+e·（4）
其中e=z－zd，采用趋近率的滑模控制，并选择等速趋近率s·=-ρsgn（s），ρ>0，则可得s·=－ρsgn（s），所以，滑模控制律为：
u=P－f（z）/g（z）（5）
在电路运行时，由于受环境的影响，电路会受到外界干扰且参数会发生摄动，表现为L2fh（x）和L
gLfh（x）的不确定性，因此采用式（5）的基于精确化的反馈线性滑模控制效果在电路存在不确定性情况下效果并不理想。利用神经网络的自学习能力，现已证明采用RBF网络可以以任意精度逼近一个非线性函数，采用神经网络滑模控制，可得控制律为：
按下式调整网络权值：
则：
所以加入控制器后的航迹控制系统在李氏意义下是渐近稳定的。
4实验及仿真分析
根据图1，选取E=20V、R=20Ω、L=27mH、C=210μF，期望输出电压Vd=10V。为了对比分析，选取了三种方法进行控制，分别是本文的神经滑模控制以及精确反馈滑模控制［8］、常规滑模控制［7］，对存在不确定性的情况进行仿真，如图2所示。
电路运行时受外界温度等的影响，参数会发生摄动，且输入电压也会存在扰动，本文假定参数摄动为1.5倍，并在t=10ms时在输入电压上加入5V的脉冲干扰。
结果显示，在存在不确定性的情况下，文献［7］给出的常规滑模控制已经无法跟踪上期望值了，原因在于文献［7］给出的切换函数是基于对iL的跟踪，即根据期望输出电压Vd得到期望电流id，但实际运行时，由于电路参数的摄动，无法得到Vd与id的准确关系，因此得到的输出电压无法跟踪上期望电压值，如图3所示。而本文的控制方法和文献［8］给出的精确反馈线性滑模控制的切换函数都是基于对uC的跟踪，因此在存在不确定性的情况下仍能较好地跟踪上，但是由于精确反馈线性化滑模控制对参数的稳定性要求较高，所以最终存在较大的误差，如图4所示。
5结语
本文以船舶Buck电路为例给出了跟踪期望输出电压的自适应神经滑模控制算法。首先建立船舶Buck电路的数学模型，将其转换为标准的仿射非线性系统，采用基于输入/输出线性化的神经滑模控制算法，再理论证明控制算法的全局渐近稳定性，最后为了进行对比分析，给出了另外两种常见的控制算法的仿真。针对有无不确定性两种情况进行仿真，结果表明本文提供的控制算法在性能上优于常规滑模控制和基于精确反馈线性化的滑模控制，具有较强的鲁棒性。
［
参考文献］
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优化设计与优化方法范文5
引言
教学设计直接关系到一门课程的教学质量，进而影响到人才培养的质量。在军队院校任职教育背景下，为了培养和提高http://学员满足某一工作岗位需要的知识和能力，优化教学设计是首要工作。要依据人才培养方案，结合岗位需求、课程特点和学员情况，科学筹划和安排教学活动，获得优化的教学效果，从而提高人才培养质量。
1 《航材管理基础理论与方法》课程的性质和地位
本课程是士官（中专）层次航材管理专业一门理论性较强的专业基础必修课。本课程是最重要的基础课程，是人才培养方案中的主干课程，对航材专业的后续课程和培养学员的航材管理能力具有重要的支撑作用。该课程实施前，学员主要学习思想政治课、科学文化课和军事基础课。本课程实施后，学员将学习任职岗位课程，即专业课程，因此，该课程在整个课程体系中承上启下，起着由基础教育向岗位教育的过渡衔接的作用。本课程计划学时数为60学时，授课对象是航空器材管理专业士官（中专）层次学员。
2 《航材管理基础理论与方法》课程前期教学设计中存在的问题
2.1 未充分考虑教学对象的特点——学员情况差异性较大 从近三期学员情况来看，差异性主要体现在：①学历差异。从学历上看，高中毕业的学员约占学员总数的60%以上，中专和初中毕业的学员约占40%，学历方面存在差异。②工作经验差异。虽然所有学员入学前均来自海军航空兵部队，都有部队工作经验。但是只有大概1/4的学员在航材部门工作过，有航材管理工作经验，比较熟悉航材专业，其余3/4的学员均无航材工作经验，且多数来自不同部门，来源广泛。③身份差异。学员中既有士兵，又有士官，大约各占一半，两种身份的差异也使得学习态度、学习效率等方面产生差异。
2.2 教学内容针对性不强 从前期教学来看，本课程的教学内容强调理论性和系统性，知识体系仍具有大而全的特点，内容体系类似管理学基础，具有明显的学历教育的特征，缺乏针对性和实用性，与航材工作实际结合不够紧密，没有以形成岗位任职能力和培养航材管理工程专业素质为出发点和落脚点，没有做到“学员任职岗位需要什么，我们就讲什么”，不能满足航材工作岗位的任职需求。主要表现在管理概念、理论、原理、职能的内容较多，而管理方法的内容较少；理论性内容较多而实践性内容较少。
2.3 教学方法相对单一 由于本课程具有理论性较强的特点，所以过去多数内容主要采取课堂讲授的教学方法，具有一定的满堂灌的特点：以教员为中心，学员只是简单的授课对象；强调教员的“讲”而忽视学员“听”的效果；以教员的“教”为主体，学员的参与性差，课堂讨论、师生互动较少。总之，对于如何调动学员的积极性，贯彻“教为主导，学为主体”，实现教与学双向交流、教学相长做的不够到位。要适应任职教育的要求，必须对单一的教学方法进行相应的改革。
3 优化《航材管理基础理论与方法》课程教学设计的思路
3.1 根据学员特点合理分组 任职教育是以学员为中心的教育[1]。鉴于学员学历、工作经验、身份等方面存在的差异，在教学施训过程中要充分把握学员特点，合理分组，每一组中既有士官又有士兵，既有高中学历的又有初中学历的，并且安排一名做过航材工作的。这样，在学习教学内容时，学历高的、工作经验丰富的学员对小组中其他学员可以起到传帮带的作用，通过互相交流，加深对理论知识的理解。特别是管理方法模块的内容，充分发挥有航材工作经验学员的积极作用，通过他们的帮助，使其他学员更好更快的理解和掌握管理方法在航材工作中的应用。
3.2 优化加工教学内容 本课程是专业基础课，具有理论性较强的特点，根据新《海军军事训练与考核大纲》、航材专业任职岗位需求将教学内容分以下三个模块组织：①“管理的基础理论”模块，包括管理
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优化设计与优化方法范文6
关键词：机械优化设计 实验 考核 Matlab
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（c）-0179-02
“机械优化设计”是机械类专业的一门专业发展的重要课程，主要内容包括优化设计的基本概念、优化设计方法和机械优化设计实例等内容。机械优化设计是将最优化原理和计算技术应用于机械设计领域，为机械设计提供一种重要的科学设计方法。采用机械优化设计方法，人们可以从众多的设计方案中找出最佳设计方案，提高设计效率和质量。
该文简要介绍了“机械优化设计”课程的作用，针对课程教学中存在的问题，从课程实验、课程考核的方式和内容等方面，提出了一系列的改革方法与措施，注重与科学计算软件Matlab的结合，从实验和考核方式的改变引导教学的改变，提高了教学效果与教学质量，取得了较好地实践效果。
1 课程作用简介
“机械优化设计”课程的目标是使学生树立优化设计的思想，掌握优化设计的概念和方法，将最优化和计算技术应用于设计领域，获得解决机械优化设计问题的能力[1]。“机械优化设计”课程是中国机械工程教育专业认证通用标准毕业要求“能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题”和“能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论”的具体体现。“优化设计”是现代设计理论和方法的重要领域，所以“优化设计”也是“现代设计方法”课程的重要组成部分。
2 课程现状
在笔者所在学院机械类专业的培养体系中，机械优化设计课程是一门实践性很强的技术基础课，重在培养学生的建模能力、编制优化程序的能力和灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的能力。课程教学包括课堂和上机实验，通过实验，使学生进一步巩固和加深对基本知识的理解，能够独立编制计算机程序，掌握常用优化方法程序的使用方法，最终达到灵活运用优化设计方法解决工程实际问题[1]。
在近几次的大纲修订中，为了加强对学生应用能力的培养，在总学时不变的情况下，机械优化设计课程的实验学时有所增加，但实验的内容并没有本质的提升。在机械优化设计原来的教学大纲中，课程的考核以实验成绩为主，这种考核方式很难全面反映出学生对知识的掌握程度。
机械优化设计课程所采用的经典教材中常用优化方法的程序是基于FORTRAN语言完成，现在本科生基本没有学习FORTRAN语言。世界上最优秀的科学计算软件Matlab及其优化工具箱不论是在编写优化程序，还是在直接使用Matlab软件内置优化函数方面，都有较大的优势，很多学生都选修了Matlab相关课程，但优化设计与Matlab软件的结合不论是在Matlab选修课，还是在机械优化设计课程中，都没有得到很好的体现，这不利于学生知识面的拓宽和综合素质的提高[2-4]。
3 实验教学改进
机械优化设计实验是实现机械优化设计教学目标，培养学生创新意识和实践能力的重要教学环节。针对教学中存在的问题，主要从以下几方面进行教学改革的实践。
（1）在一维搜索方法和无约束优化方法课程实验中，主要内容包括基于Matlab语言的一维搜索和无约束优化方法程序的编写、调试和考核，程序能够求解相应的程序考题。同时要求会使用Matlab软件的优化函数：求一元函数极小值的函数fminbnd，求无约束极小值的函数fminunc，fminsearch。求解相同的程序考题，与Matlab语言编制程序的求解结果进行比较，验证编制程序的正确性和有效性。
（2）阅读并理解已有的基于Matlab语言的约束优化算法程序，了解程序的结构特点，会用程序求解约束优化方法的程序考题。同时要求会使用Matlab软件的优化函数――求约束极小值函数fmincon，求解相同的程序考题，与Matlab语言编写程序的求解结果进行比较，验证编写程序的正确性和有效性。
（3）在调用Matlab软件中的优化函数fminbnd、fminsearch、fminunc和fmincon时，既会使用程序调用，还要会使用Matlab软件的优化工具箱GUI直接调用，有精力的学生可以继续通过Matlab软件的帮助功能了解fminbnd、fminsearch、fminunc和fmincon函数的数学原理，了解这4个函数所使用的优化算法。
（4）对机械设计问题，如机床主轴结构优化设计、圆柱齿轮减速器优化设计、平面连杆机构优化设计、汽车悬架系统的优化设计、热压机机架结构的优化设计、月生产计划的最优安排等，参考教材中建立适当的优化设计数学模型，基于已有的程序和Matlab内置优化函数，进行优化设计计算。通过与机械专业相关的实例，激发学生的学习兴趣，增强学生分析和解决工程实际问题的能力。
4 考核方式的改进
针对以实验成绩为主的成绩考核方式很难全面的反映出学生对知识的掌握程度的问题，合理分配课程总成绩的构成，改为平时成绩20%，实验成绩40%，考试成绩40%，兼顾平时、实验和考试各个方面。平时成绩主要包括课堂表现，如学生主动参与课堂练习、讨论，创造性地提出问题的能力等，以及作业完成情况、课堂考勤等。考试环节，以课堂讲解的内容为主，主要考察学生对机械优化设计基本概念的掌握情况，优化设计方法理论的理解与运用情况。实验成绩主要包括完成自编优化方法程序的情况，考核题计算结果及分析，以及实验报告的撰写情况等。
对于有精力的学生可以布置相应的机械优化设计研究小课题，要求学生提交研究报告，根据学生收集资料能力，研究设计能力，解决实际问题能力和合作研究能力等评定成绩，作为实验成绩评定的加分项，加到实验成绩100分止。还可以向学生介绍现在工程优化的前沿――拓扑优化，建议学生去拓扑优化的权威OLE SIGMUND教授的个人主页http：//topopt.dtu.dk/下载拓扑优化相关Matlab程序运行，培养学生兴趣和科研能力。
5 结语
通过机械优化设计课程的实验和考核方式改进，使得学生不但掌握了优化设计的基础知识，而且还掌握了使用科学计算软件Matlab解决机械优化实例的初步能力。学生可以掌握基于Matlab语言编写机械优化设计程序，还能掌握Matlab软件的优化设计工具箱的使用， 为今后各门功课的学习和工作打下基础。课程教改内容在大纲修订中得到体现，取得了较好地实践效果，更好地发挥了机械优化设计在从“基础课”和“专业基础”课通向“专业应用”的桥梁作用，加深对学生综合素质的培养。
参考文献
[1] 梁迎春，孙靖民.机械优化设计[M].北京：机械工业出版社， 2014.
[2] 温建明，马继杰，程光明.基于MATLAB的机械优化设计课程数字化教学改革[J].吉林教育学院学报，2011，27（5）：81-82.
