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悬置系统匹配设计优化

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发表于 2023-11-2 21:29:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
  1. function fmin=Mounting_System_OPT_Program(x)
  2. %在整车坐标系下解耦,悬置点坐标均是在整车坐标系下
  3. m=  97.82 ;
  4. m_x=   0.18 ; m_y=   0.10 ; m_z=   0.22 ;
  5. Jxx=   2.29 ;Jxy=   0.28 ;Jxz=  -0.06 ;
  6. Jyx=   0.28 ;Jyy=   1.39 ;Jyz=  -0.71 ;
  7. Jzx=  -0.06 ;Jzy=  -0.71 ;Jzz=   2.87 ;
  8. X_M1=   0.40 ;Y_M1=   0.04 ;Z_M1=   0.08 ;
  9. X_M2=   0.17 ;Y_M2=   0.39 ;Z_M2=   0.09 ;
  10. X_M3=  -0.05 ;Y_M3=   0.02 ;Z_M3=  -0.06 ;
  11. X_M4=    NaN ;Y_M4=    NaN ;Z_M4=    NaN ;
  12. K_M1_X=x(1);K_M1_Y=x(2);K_M1_Z=x(3);
  13. K_M2_X=x(4);K_M2_Y=x(5);K_M2_Z=x(6);
  14. K_M3_X=x(7);K_M3_Y=x(8);K_M3_Z=x(9);
  15. K_M4_X=    NaN ;K_M4_Y=    NaN ;K_M4_Z=    NaN ;
  16. ALFA_M1_u=   0.00 ;BETA_M1_u=   1.57 ;GAMA_M1_u=   1.57 ;
  17. ALFA_M1_v=   1.57 ;BETA_M1_v=   0.00 ;GAMA_M1_v=   1.57 ;
  18. ALFA_M1_w=   1.57 ;BETA_M1_w=   1.57 ;GAMA_M1_w=   0.00 ;
  19. ALFA_M2_u=   0.00 ;BETA_M2_u=   1.57 ;GAMA_M2_u=   1.57 ;
  20. ALFA_M2_v=   1.57 ;BETA_M2_v=   0.00 ;GAMA_M2_v=   1.57 ;
  21. ALFA_M2_w=   1.57 ;BETA_M2_w=   1.57 ;GAMA_M2_w=   0.00 ;
  22. ALFA_M3_u=   0.00 ;BETA_M3_u=   1.57 ;GAMA_M3_u=   1.57 ;
  23. ALFA_M3_v=   1.57 ;BETA_M3_v=   0.00 ;GAMA_M3_v=   1.57 ;
  24. ALFA_M3_w=   1.57 ;BETA_M3_w=   1.57 ;GAMA_M3_w=   0.00 ;
  25. ALFA_M4_u=   0.00 ;BETA_M4_u=   1.57 ;GAMA_M4_u=   1.57 ;
  26. ALFA_M4_v=   1.57 ;BETA_M4_v=   0.00 ;GAMA_M4_v=   1.57 ;
  27. ALFA_M4_w=   1.57 ;BETA_M4_w=   1.57 ;GAMA_M4_w=   0.00 ;
  28. %% 悬置系统模态计算主程序:
  29. %在整车坐标系下进行解耦计算
  30. %所有输入参数均是基于整车坐标系:1)质心位置 2)悬置点位置 3)动力总成惯量张量(需要考虑坐标系)
  31.     %安装角矩阵Tj
  32.     T_M1=[cos(ALFA_M1_u),cos(BETA_M1_u),cos(GAMA_M1_u);...
  33.           cos(ALFA_M1_v),cos(BETA_M1_v),cos(GAMA_M1_v);...
  34.           cos(ALFA_M1_w),cos(BETA_M1_w),cos(GAMA_M1_w)];
  35.     T_M2=[cos(ALFA_M2_u),cos(BETA_M2_u),cos(GAMA_M2_u);...
  36.           cos(ALFA_M2_v),cos(BETA_M2_v),cos(GAMA_M2_v);...
  37.           cos(ALFA_M2_w),cos(BETA_M2_w),cos(GAMA_M2_w)];
  38.     T_M3= [cos(ALFA_M3_u),        cos(BETA_M3_u), cos(GAMA_M3_u);...
  39.            cos(ALFA_M3_v),        cos(BETA_M3_v), cos(GAMA_M3_v);...
  40.            cos(ALFA_M3_w),        cos(BETA_M3_w), cos(GAMA_M3_w)];
  41.     T_M4= [cos(ALFA_M4_u),        cos(BETA_M4_u), cos(GAMA_M4_u);...
  42.            cos(ALFA_M4_v),        cos(BETA_M4_v), cos(GAMA_M4_v);...
  43.            cos(ALFA_M4_w),        cos(BETA_M4_w), cos(GAMA_M4_w)];
  44.     %参数输入完毕
  45.     %%%%%%%%%%%====================%%%%%%%%%%
  46.     %%%%%%%%%%%---能量表达式中的Fj和kj---%%%%%%%%%%
  47.     % 刚体位移转换为 悬置的压缩量
  48.     % 变化矩阵E
  49.     %M1
  50.     E_M1=[1,    0,  0,  0,              (Z_M1-m_z), -(Y_M1-m_y);...
  51.           0,    1,  0,  -(Z_M1-m_z),    0,          (X_M1-m_x);...
  52.           0,    0,  1,  (Y_M1-m_y),     -(X_M1-m_x),        0];
  53.     %M2
  54.     E_M2=[1,    0,  0,  0,              (Z_M2-m_z), -(Y_M2-m_y);...
  55.           0,    1,  0,  -(Z_M2-m_z),    0,          (X_M2-m_x);...
  56.           0,    0,  1,  (Y_M2-m_y),     -(X_M2-m_x),        0];
  57.     %M3
  58.     E_M3=[1,    0,  0,  0,              (Z_M3-m_z), -(Y_M3-m_y);...
  59.          0,     1,  0,  -(Z_M3-m_z),    0,          (X_M3-m_x);...
  60.          0,     0,  1,  (Y_M3-m_y),     -(X_M3-m_x),        0];
  61.     %M4
  62.     E_M4=[1,    0,  0,  0,              (Z_M4-m_z), -(Y_M4-m_y);...
  63.          0,     1,  0,  -(Z_M4-m_z),    0,          (X_M4-m_x);...
  64.          0,     0,  1,  (Y_M4-m_y),     -(X_M4-m_x),        0];
  65.     %%%原 每个悬置的刚度矩阵
  66.     k_M1=[K_M1_X,0,0;0,K_M1_Y,0;0,0,K_M1_Z];
  67.     k_M2=[K_M2_X,0,0;0,K_M2_Y,0;0,0,K_M2_Z];
  68.     k_M3=[K_M3_X,0,0;0,K_M3_Y,0;0,0,K_M3_Z];
  69.     k_M4=[K_M4_X,0,0;0,K_M4_Y,0;0,0,K_M4_Z];
  70.     %%%%%%%%%%%---振动方程中的M,D和K---%%%%%%%%%%
  71.     % 质量矩阵
  72.     M=[ m,0,0,0,0,0;...
  73.         0,m,0,0,0,0;...
  74.         0,0,m,0,0,0;...
  75.         0,0,0,Jxx,-Jxy,-Jxz;...
  76.         0,0,0,-Jyx,Jyy,-Jyz;...
  77.         0,0,0,-Jzx,-Jzy,Jzz];
  78.     % 刚度矩阵;
  79.     if isnan(K_M4_Z) || K_M4_Z==0
  80.         K=  E_M1'*T_M1'*k_M1*T_M1*E_M1+...
  81.             E_M2'*T_M2'*k_M2*T_M2*E_M2+...
  82.             E_M3'*T_M3'*k_M3*T_M3*E_M3;
  83.     else
  84.         K=  E_M1'*T_M1'*k_M1*T_M1*E_M1+...
  85.             E_M2'*T_M2'*k_M2*T_M2*E_M2+...
  86.             E_M3'*T_M3'*k_M3*T_M3*E_M3+...
  87.             E_M4'*T_M4'*k_M4*T_M4*E_M4;
  88.     end
  89.     %%%%%%%%%%%%%---下面计算系统固有特性---%%%%%%%%%%%%%
  90.     [v_t,d_t]=eig(K,M);
  91.     % 特征值 特征向量重新排序
  92.     %按频率大小排序
  93.     v=zeros(6,6);d=zeros(6,6);
  94.     [~,ID]=sort(diag(d_t));
  95.     for i=1:6
  96.         d(i,i)=d_t(ID(i),ID(i));
  97.         v(:,i)=v_t(:,ID(i));
  98.     end
  99.     %%%%%%%%%%%
  100.     f=(sqrt(diag(d))/2/pi)';
  101.     % 初始化能量变量
  102.     ENERGY=zeros(6,6);EGEN=zeros(6,6);eper=zeros(1,6);
  103.     for j=1:6 %第j阶固有频率振动
  104.         for k=1:6 %第k个广义坐标
  105.             for l=1:6
  106.                 ENERGY(k,l)=v(k,j)*M(k,l)*v(l,j);
  107.             end
  108.         end
  109.         qq=sum(transpose(ENERGY));
  110.         qqt=sum(qq);
  111.         dig=qq/qqt;
  112.         EGEN(:,j)=dig;
  113.         ep1=max(dig);
  114.         ep2=sum(dig);
  115.         eper(j)=ep1/ep2*100;
  116.     end
  117.     EGEN=EGEN*100;
  118.     %进行再次排序
  119.     EGEN_S=zeros(6,6);
  120.     f_S=zeros(1,6);
  121.     %若出现两个分量均在某个方向上能量最大,则出现问题,需处理
  122.     [~,d]=max(EGEN);
  123.     issort_f=zeros(1,6);%保存是否排序,0代表未排序,1代表已排序
  124.     for i=1:6
  125.         [~,d]=sort(EGEN(:,i),'descend');%逐列选择最大值进行排序
  126.         for j=1:6
  127.             if~issort_f(d(j))
  128.                 f_S(1,d(j))=f(i);
  129.                 EGEN_S(:,d(j))=EGEN(:,i);
  130.                 issort_f(d(j))=1;
  131.                 break;
  132.             end
  133.         end
  134.     end
  135.     %上述排序为按能量排序,则f_S为排完序的模态频率
  136.    
  137.     %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
  138.     % 频率间隔不设置权重因子
  139.     f_Bounce_Roll_Seperation=2;
  140.     f_Bounce=f_S(3);
  141.     f_Roll=f_S(4);
  142.     fmin_Bounce_Roll_Sep=0;
  143.     f_Seperation=abs(f_Bounce-f_Roll);
  144.     if f_Seperation<=f_Bounce_Roll_Seperation
  145.         fmin_Bounce_Roll_Sep=10^(10*(1-f_Seperation/f_Bounce_Roll_Seperation));
  146.     end
  147.     %  模态频率间要求
  148.     f_All_Seperation=1;
  149.     f_sort=sort(f_S);%频率排序
  150.     % 依次整理并增加惩罚因子,10%--10倍,20%对应100倍
  151.     fmin_Seperation=0;
  152.     for i=1:5
  153.         if abs(f_sort(i)-f_sort(i+1))<1
  154.             fmin_Sep_tmp=10^(10*(1-abs(f_sort(i)-f_sort(i+1))/f_All_Seperation));
  155.             fmin_Seperation=fmin_Seperation+fmin_Sep_tmp;
  156.         end
  157.     end
  158. %定义目标函数,fmin_str(ij),i为两种约束函数,j为约束变量,如roll
  159. fmin=0;
  160. fmin_str11=-1*sign(EGEN_S(1,1)-80)*(abs(EGEN_S(1,1)-80))*0.1*1/100;
  161. if f_S(1)<=20 && f_S(1)>=5
  162. fmin_str21=0;
  163. elseif f_S(1)>=20;
  164. fmin_str21=abs(f_S(1)-20)*0.1;
  165. elseif f_S(1)<=5;
  166. fmin_str21=abs( f_S(1)-5)*0.1;
  167. end
  168. fmin_1=fmin_str11+fmin_str21;
  169. fmin=fmin+fmin_1;
  170. fmin_str12=-1*sign(EGEN_S(2,2)-80)*(abs(EGEN_S(2,2)-80))*0.1*1/100;
  171. if f_S(2)<=15 && f_S(2)>=5
  172. fmin_str22=0;
  173. elseif f_S(2)>=15;
  174. fmin_str22=abs(f_S(2)-15)*0.1;
  175. elseif f_S(2)<=5;
  176. fmin_str22=abs( f_S(2)-5)*0.1;
  177. end
  178. fmin_2=fmin_str12+fmin_str22;
  179. fmin=fmin+fmin_2;
  180. fmin_str13=-1*sign(EGEN_S(3,3)-90)*(abs(EGEN_S(3,3)-90))*0.8*1/100;
  181. if f_S(3)<=20 && f_S(3)>=8
  182. fmin_str23=0;
  183. elseif f_S(3)>=20;
  184. fmin_str23=abs(f_S(3)-20)*1000;
  185. elseif f_S(3)<=8;
  186. fmin_str23=abs( f_S(3)-8)*1000;
  187. end
  188. fmin_3=fmin_str13+fmin_str23;
  189. fmin=fmin+fmin_3;
  190. fmin_str14=-1*sign(EGEN_S(4,4)-80)*(abs(EGEN_S(4,4)-80))*0.8*1/100;
  191. if f_S(4)<=50 && f_S(4)>=30
  192. fmin_str24=0;
  193. elseif f_S(4)>=50;
  194. fmin_str24=abs(f_S(4)-50)*0.1;
  195. elseif f_S(4)<=30;
  196. fmin_str24=abs( f_S(4)-30)*0.1;
  197. end
  198. fmin_4=fmin_str14+fmin_str24;
  199. fmin=fmin+fmin_4;
  200. fmin_str15=-1*sign(EGEN_S(5,5)-85)*(abs(EGEN_S(5,5)-85))*1*1/100;
  201. if f_S(5)<=70 && f_S(5)>=30
  202. fmin_str25=0;
  203. elseif f_S(5)>=70;
  204. fmin_str25=abs(f_S(5)-70)*10;
  205. elseif f_S(5)<=30;
  206. fmin_str25=abs( f_S(5)-30)*10;
  207. end
  208. fmin_5=fmin_str15+fmin_str25;
  209. fmin=fmin+fmin_5;
  210. fmin_str16=-1*sign(EGEN_S(6,6)-80)*(abs(EGEN_S(6,6)-80))*0.1*1/100;
  211. if f_S(6)<=50 && f_S(6)>=30
  212. fmin_str26=0;
  213. elseif f_S(6)>=50;
  214. fmin_str26=abs(f_S(6)-50)*0.1;
  215. elseif f_S(6)<=30;
  216. fmin_str26=abs( f_S(6)-30)*0.1;
  217. end
  218. fmin_6=fmin_str16+fmin_str26;
  219. fmin=fmin+fmin_6;
  220. end
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