一种固体火箭发动机氧化剂粉碎工艺参数复合优化方法与流程

1.本发明涉及一种固体火箭发动机氧化剂粉碎工艺参数复合优化方法，属于颗粒粉碎技术领域。


背景技术：

2.通过对固体火箭发动机氧化剂进行充分的粉碎使得颗粒满足一定的粒径要求，从而确保发动机推进剂燃烧性能满足指标要求。
3.目前在确定粉碎作业的工艺参数上仍使用大量单因素试验进行分析，设置的工艺参数也较为单一，并且试验所需的材料提高了加工成本。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种固体火箭发动机氧化剂粉碎工艺参数复合优化方法，通过采集的有限数据进行响应面分析以及nsga-2遗传算法迭代，综合两种结果获取最优化的粉碎工艺参数。
5.本发明的技术解决方案是：一种固体火箭发动机氧化剂粉碎工艺参数复合优化方法，包括：
6.获取影响固体火箭发动机氧化剂粉碎后粒径分布的各因素参数；
7.利用各因素参数确定边界并进行因素筛选与多因素回归，获得筛选后的数据并构建回归模型；
8.根据筛选后的数据以及所述回归模型获取粒径最优的影响因素参数，将粒径最优的影响因素参数择优应用于实际生产中。
9.进一步地，所述各因素参数包括粉碎腔压力、粉碎物重量、分级轮转速、粉碎时间以及颗粒粉碎后的粒径。
10.进一步地，获取优化参数包括：
11.通过响应面法分析各交叉因素对颗粒粉碎后的粒径的影响，并建立多因素回归的数学模型，以及获取响应面法优化出的最优解。
12.进一步地，通过nsga-2遗传算法迭代出颗粒粉碎后的粒径最优情况下的各因素优化解集；
13.所述nsga-2遗传算法中的选择、交叉、变异环节分别使用的是二元锦标赛选择方法、二进制交叉方法、以及单点变异方法。
14.一种固体火箭发动机氧化剂粉碎工艺参数复合优化系统，包括：
15.第一模块，获取影响固体火箭发动机氧化剂粉碎后粒径分布的各因素参数；
16.第二模块，利用各因素参数确定边界并使用响应面方法进行因素筛选与多因素回归，获得筛选后的数据并构建回归模型；
17.第三模块，根据筛选后的数据以及构建的回归模型获取粒径最优的影响因素参数，所述粒径最优的影响因素参数择优应用于实际生产中。
18.进一步地，所述各因素参数包括粉碎腔压力、粉碎物重量、分级轮转速、粉碎时间以及颗粒粉碎后的粒径。
19.进一步地，获取优化参数包括：
20.通过响应面法分析各交叉因素对颗粒粉碎后的粒径的影响，并建立多因素回归的数学模型，以及获取响应面法优化出的最优解。
21.进一步地，通过nsga-2遗传算法迭代出颗粒粉碎后的粒径最优情况下的各因素优化解集；
22.所述nsga-2遗传算法中的选择、交叉、变异环节分别使用的是二元锦标赛选择方法、二进制交叉方法、以及单点变异方法。
23.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现所述一种固体火箭发动机氧化剂粉碎工艺参数复合优化方法的步骤。
24.一种固体火箭发动机氧化剂粉碎工艺参数复合优化设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现所述一种固体火箭发动机氧化剂粉碎工艺参数复合优化方法的步骤。
25.本发明与现有技术相比的优点在于：
26.(1)本发明通过将响应面法应用于固体火箭发动机氧化剂粉碎过程的因素分析，取得了影响粒径分布的因素，以及各因素之间的函数关系；
27.(2)本发明通过使用基于精英策略的遗传算法(nsga-2)对影响固体火箭发动机氧化剂粉碎的工艺参数进行复合优化求解，取得了粒径分布最有情况下的影响因素最优解；
28.(3)本发明通过响应面法与nsga-2遗传算法结合的手段，在进行一定数量的试验基础上对固体火箭发动机氧化剂粉碎工艺参数进行优化，取得了节约试验成本，并且在优化结果的指导下更高效、高质量进行粉碎作业的效果。
附图说明
29.图1位本发明的流程示意图。
30.图2为nsga-2遗传算法的优化流程图。
具体实施方式
31.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
32.以下结合说明书附图对本技术实施例所提供的一种固体火箭发动机氧化剂粉碎工艺参数复合优化方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～2所示)：
33.步骤1，获取影响固体火箭发动机氧化剂粉碎后粒径分布的各因素参数；
34.步骤2，利用各因素参数确定边界并进行因素筛选与多因素回归，获得筛选后的数据并构建回归模型；
35.步骤3，根据筛选后的数据以及所述回归模型获取粒径最优的影响因素参数；
36.步骤4，将粒径最优的影响因素参数择优应用于实际生产中。
37.进一步，步骤1中影响固体火箭发动机氧化剂粉碎后粒径分布的各因素包括粉碎腔压力、粉碎物重量、分级轮转速、粉碎时间以及颗粒粉碎后的粒径。
38.在一种可能实现的方式中，步骤2中的内容包括，通过响应面法分析各交叉因素对颗粒粉碎后的粒径的影响，并建立多因素回归的数学模型，以及获取响应面法优化出的最优解。
39.进一步，在一种可能实现的方式中，步骤3中的内容包括，通过nsga-2遗传算法迭代出颗粒粉碎后的粒径最优情况下的各因素优化解集。
40.可选的，在一种可能实现的方式中，nsga-2遗传算法中的选择、交叉、变异环节分别使用的是二元锦标赛选择方法、二进制交叉方法、以及单点变异方法。
41.进一步，步骤4中的内容包括，根据响应面优化出的最优解以及nsga-2遗传算法迭代出的优化解集选择在操作中较易实现的参数应用于粉碎作业。
42.在本技术实施例所提供的方案中，包括一下步骤：
43.step1:获取影响固体火箭发动机氧化剂粉碎后粒径分布的各因素参数；
44.影响固体火箭发动机氧化剂粉碎后粒径分布的因素主要包括粉碎腔压力、粉碎物重量、分级轮转速、粉碎时间以及颗粒粉碎后的粒径。其中碎腔压力、粉碎物重量、分级轮转速、粉碎时间参数作为目标变量，这些参数可以根据控制变量试验中获取，颗粒粉碎后的粒径作为目标的响应。
45.step2:利用获取的参数确定各因素边界并使用响应面方法进行因素筛选与多因素回归；
46.该步骤可以通过design expert软件中的box-benhnken模块进行实现，该步骤主要是将目标变量与目标响应值以表格形式输入到软件中进行分析，根据实际结果得到包含目标变量一次项、目标变量交叉项、目标变量二次项等内容的回归数学模型。并且可以根据显著性对目标响应不显著的目标变量进行剔除。
47.step3:根据筛选后的数据以及构建的回归模型应用nsga-2遗传算法获取粒径最优的影响因素参数；
48.该步骤可以通过matlab程序进行实现，nsga-2遗传算法部分需把上步所回归的数学模型导入到程序中并设置为目标函数。该算法基于非支配排序方法扩大种群的范围，根据拥挤距离进行种群排序，拥挤距离的函数关系可参考下式。
49.拥挤距离计算函数关系式：
[0050][0051]
式中，fm(x)为目标函数，i为任意点。
[0052]
对于遗传环节则分别采用了二元锦标赛选择方法、二进制交叉方法、以及单点变异方法。其中二进制交叉方法涉及到交叉系数的计算，交叉系数主要影响了交叉段前后的变化情况，对于交叉系数的计算函数关系式，以及交叉前后父代与子代的基因段表达可参考下列公式：
[0053]
交叉系数计算函数关系式：
[0054][0055]
交叉后子代的基因段表达式：
[0056][0057]
式中，x1(i)和x2(i)为父代基因段，y1(i)和y2(i)为子代基因段，i为任意点，η为分布因子，μ为[0,1]的随机数。
[0058]
step4:结合响应面法获取的优化参数以及nsga-2遗传算法获取的优化参数择优应用于实际生产中。
[0059]
通过计算机计算迭代后可获得收敛的优化目标变量解集。将该解集与响应面所优化出的显著解进行对比，选取粒径最优的目标工艺参数应用于粉碎作业中。
[0060]
该说明书中所描述的各步骤实施方法是环环相扣的，无法脱离任意环节而单独实现，所述的每个实施方法之间的异同部分可详参说明书部分。对于实施方法所涉及的装置，主要针对流化床气流粉碎机，其目前在颗粒粉碎领域的介绍已很详实，因此本说明仅介绍的是基于其作业的工艺参数优化方法。
[0061]
本技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行图1所述的方法。
[0062]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0063]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0064]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0065]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0066]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实
体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0067]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
[0068]
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。