基于MPI并行计算的汽车悬架参数优化

论文摘要

随着科学的发展,科学对计算的要求不断提高。受到物理器件极限速度和技术水平的限制,单处理机远远满足不了现代许多领域中具有挑战性的大规模计算课题对计算资源的需求。利用并行计算来提高计算能力已经成为解决此类需求的切实可行并被广泛应用的技术。并行计算机分为专用并行计算机和机群两种,由于专用的并行计算机价格昂贵,一般用户很少使用,机群技术的应用和研究越来越得到重视和发展。遗传算法是一种随机搜索方法,具有很强的全局寻优能力,是目前影响和应用最为广泛的优化方法之一。但是传统遗传算法求解会随着问题规模的不断扩大,复杂性的不断增加,其计算效率很难满足要求。并行遗传算法将并行计算的高速并行性和遗传算法天然的并行性相结合,极大的提高了计算效率同时也会影响到遗传算法的种群演化。汽车悬架系统是一个典型的精密空间多体系统,它对车辆的行驶平顺性、乘座舒适性及操纵稳定性等多种行驶性能都有很大影响,而汽车悬架柔性多体模型就是悬架的一种物理模型,可以与现实车辆很接近。悬架参数的优化能够很好的改善车辆的行驶性能。采用确定性优化方法容易使搜索过程陷于局部极值,很难达到问题的全局最优解。本文采用具有随机性搜索的并行遗传算法应用复杂汽车悬架系统参数优化设计,并行处理目标种群,分布式计算个体适应度值。计算结果表明,求解质量和计算效率都有明显提高。同时为了更好的保持种群多样性,设计粗粒度并行遗传算法,加速种群间的优良个体迁移,从而保持种群的多样性,并能减少过早收敛,提高解的质量,并取得了很好的效果。本文的研究工作得到了国家自然科学基金(项目号:50145007)河北省自然科学基金(项目号:502383)的资助。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究现状
• 1.1.1 机群并行系统
• 1.1.2 汽车悬架系统研究现状
• 1.1.3 遗传算法
• 1.1.4 遗传算法优化悬架参数存在的问题
• 1.2 本文的主要研究内容和内容安排
• 1.3 小结
• 第2章 并行计算基本理论
• 2.1 并行概述
• 2.2 并行体系结构特点
• 2.2.1 并行性
• 2.2.2 可扩展性
• 2.3 可扩展的并行计算体系结构
• 2.3.1 无共享体系结构
• 2.3.2 共享磁盘体系结构
• 2.3.3 共享存储器体系结构
• 2.4 单一系统（SSI）
• 2.5 集群、MPP、SMP的体系结构
• 2.5.1 对称多处理机（SMP）
• 2.5.2 大规模并行处理机MPP
• 2.5.3 工作站机群COW
• 2.6 并行计算模型
• 2.7 并行通信与同步
• 2.8 并行计算的性能度量
• 2.8.1 加速（又称加速比）s（n）
• 2.9 小结
• 第3章 构建基于MPI的WINDOWS机群
• 3.1 机群系统简介及比较
• 3.1.1 机群与其它并行系统比较
• 3.1.2 机群的优点
• 3.1.3 机群的分类
• 3.1.4 机群的重要指标
• 3.1.5 机群系统实现的关键技术
• 3.2 机群的软件环境
• 3.2.1 操作系统选择
• 3.2.2 并行计算编程标准的选择
• 3.3 PVM
• 3.4 MPI
• 3.4.1 MPI产生
• 3.4.2 MPI的特点
• 3.4.3 MPI编程环境的选择
• 3.5 PC Winows+MPI机群系统组建
• 3.6 MPICH2与VISUAL C++6.0的配合使用
• 3.7 小结
• 第4章 MPI并行基础知识
• 4.1 并行算法分类
• 4.2 程序并行化的一般方法
• 4.3 MPI并行程序模式
• 4.4 MPI通信方式
• 4.5 MPI并行计算的负载平衡
• 4.6 小结
• 第5章 遗传算法及其并行性
• 5.1 遗传算法基本理论
• 5.1.1 模式定理
• 5.1.2 积木块假设
• 5.2 遗传算法基本要素及其实现技术
• 5.2.1 编码
• 5.2.2 适应度函数
• 5.2.3 选择算子
• 5.2.4 交叉算子
• 5.2.5 变异算子
• 5.2.6 约束条件的处理
• 5.2.7 终止准则
• 5.2.8 控制参数
• 5.3 并行遗传算法（PGA）
• 5.3.1 遗传算法固有的并行性
• 5.3.2 遗传算法的并行性分析
• 5.3.3 并行遗传算法分类
• 5.4 小结
• 第6章 汽车悬架系统优化设计问题的并行遗传算法实现研究
• 6.1 悬架柔性多体模型
• 6.1.1 虚拟样机技术
• 6.1.2 ADAMS软件简介
• 6.1.3 参数化分析
• 6.1.4 整车悬架柔性多体模型
• 6.2 优化方法—改进的遗传算法
• 6.3 遗传算法和ADAMS软件接口
• 6.4 优化方法的实现
• 6.4.1 主从式（PGA）
• 6.4.2 粗粒度（CGGA）
• 6.5 结果分析
• 6.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 发表论文和参加科研情况说明