含摩擦双边约束多体系统的Time-Stepping方法

与光滑约束系统相比,含摩擦的双边约束多体系统动力学有本质的不同. 对该类特殊系统提出了一般的建模与数值分析方法. 建模方面将每一含摩擦的双边约束分解为两个方向相反的单边约束,用互补条件取代原有的约束等式, 避开了含绝对项的动力学方程. 在数值方面,采用基于线性互补问题的time-stepping算法. 该算法避开了非光滑动力系统计算量随约束数目增加急剧增长的Delassus问题, 同时当不计静、动摩擦系数差别时,无须进行滞滑转换检测. 采用该算法对含摩擦的典型机构做了非光滑与非线性特性分析.     

非理想多刚体系统动力学与线性互补性问题

通过结合线性\非线性的互补条件(LCP\NCP)来描述多体系统动力学的非光滑特性具有独到的优点。对于单边约束的多体系统,可以根据其单边特性,将该系统描述为微分代数方程组(DAE)与互补条件(CP)结合的混合框架,但用该方法处理含摩擦的双面约束系统时,双面约束的CP表示方法是个难点。本文通过引入新的参数,将含摩擦的双面约束系统同LCP问题联系起来研究,同时讨论了该系统中可能产生的奇异性问题。     

线性二阶锥权互补问题的非精确非单调光滑化牛顿法

针对线性二阶锥权互补问题,提出一种新的非精确非单调光滑化牛顿法.首先,基于新的含参数光滑函数,将线性二阶锥权互补问题转化为一个光滑方程组;然后,给出求解该方程组的新非精确非单调光滑化牛顿法;最后,在半正定矩阵假设下,证明该算法全局收敛和局部超线性收敛.数值结果表明,该算法稳定、有效.     

混合互补问题的光滑类Broyden拟牛顿算法

混合互补问题的求解能够转化成对其KKT系统的求解.对于混合互补问题KKT系统的求解采用先将KKT系统转化成一个非光滑的非线性方程组,然后构造新的光滑函数来逼近非线性方程组的方法.文中算法采用光滑类Broyden拟牛顿算法,全局收敛性得到了证明,数值试验表明算法是有效的.     

线性圆锥互补问题的非单调非精确光滑牛顿法

给出求解圆锥互补问题的一种新的非单调非精确光滑牛顿法.基于一个圆锥互补函数的光滑函数,将线性圆锥互补问题转化成一个方程组,然后用非精确光滑牛顿法求解该方程组,并且在新算法中引入一个新的非单调线搜索技术.在适当假设下,证明该算法具有全局收敛性和局部二阶收敛速度.数值结果表明算法的有效性.     

一个求解广义圆锥互补问题的光滑非精确牛顿法

研究一个求解广义圆锥互补问题的光滑非精确牛顿法.该算法基于一个新的光滑函数，将广义圆锥互补问题等价转化成一个光滑的非线性方程组，然后利用非精确牛顿法求解此方程组.算法在每次迭代时只需求解牛顿方程的一个近似解，因此适于求解大规模广义圆锥互补问题.在适当条件下，证明算法具有全局和局部二次收敛性质.数值实验结果表明算法是非常有效的.     

多面体约束非光滑复合函数的序列有效集方法

对带多面体约束的非光滑复合函数问题的求解进行了研究。针对非光滑复合函数问题,首先,构造光滑函数来逼近非光滑目标函数,通过求解光滑近似问题来达到求解原问题的目的。在此基础上,考虑多面体约束的特殊结构,运用序列二次规划算法的思想,利用有效集策略,通过逐次求解一系列仅含等式约束的二次规划问题来逼近搜索方向的最优解,再通过线搜索求得步长,进而得到下一步的迭代点。最后,从理论上证明了算法的全局收敛性,并进行了初步的数值实验。将该算法与光滑序列投影收缩算法作对比,结果表明,该算法在迭代次数和计算时间上都有一定的优势。     

求解非线性加权互补问题的光滑算法

研究一个新的求解非线性加权互补问题的光滑算法.该算法利用一个带有权重的光滑函数,将非线性加权互补问题等价转化成一个光滑方程组,再利用牛顿法求解此方程组.在非奇异条件下,证明了算法具有全局和局部二次收敛性质.数值实验结果表明算法是非常有效的.     

求解随机线性互补问题的半光滑投影牛顿算法

考虑只有有限个随机变量的随机线性互补问题,先将其转化为约束极小化问题,再利用半光滑投影牛顿算法求解该极小化问题,并给出了相应的数值实验.结果表明所给算法有效.     

互补约束优化问题的一个非单调信赖域法

针对互补问题构造了一种新的价值函数,从而把互补约束优化问题等价地转化为一般光滑约束优化问题.然后,结合非单调技术给出了一个信赖域算法,在一定条件下证明了算法的全局收敛性.     

求解一类非凸非光滑约束优化问题的邻近滤子束算法

针对一类特殊的非凸非光滑约束优化问题提出了邻近滤子束算法.该问题的目标函数为lower-c2而约束函数为凸的.具体地,首先对目标函数采用凸化技术得到修正的问题,接着利用改进函数将修正后的约束问题转变为无约束问题,设计邻近束算法来求解这个无约束问题并在邻近束算法中引入滤子策略来确定下降步.数值结果表明了该算法的有效性和可...     

求解非线性P_0互补问题的填充函数法

首先利用光滑Fischer-Burmeister函数,将非线性P_0互补问题转化成相应的约束优化问题;然后对此约束优化问题构造出一种新的无参数的填充函数,讨论了该填充函数的有关性质,并提出了求解非线性P0互补问题的填充函数算法。通过几个数值算例验证了该算法的有效性。     

非线性方程组在几类计算问题中的应用

非线性方程组讨论的问题为F(x)=0,其中,F∶Rn→Rm.该问题广泛应用于工程、管理和经济学领域.非线性方程数值求解的典型方法之一是牛顿法.由于实际问题中存在大量的非光滑方程问题,近年来非光滑方程、特别是半光滑方程吸引了广大研究者的关注,半光滑牛顿法及其各类应用研究取得了丰硕的成果.本研究基于笔者近段的部分研究工作,介绍了非线性方程在无约束非光滑凸优化、约束最优化、非线性互补、变分不等式、最优控制、二阶段随机规划、随机线性互补和球面上的设计等八个方面的应用.     

一步光滑牛顿法解P_0非线性互补问题

通过引入光滑参数提出一个新的光滑化NCP函数来逼近方程组中的目标函数,提出了求解P0非线性互补问题的一步光滑牛顿法,并得到该算法是全局收敛的结果.在适当的假设下,证明了该算法的局部超线性和二次收敛性.数值实验表明该算法是有效的.     

二维细杆的变结构动力学

通过约束加载和卸载的变结构方法来处理由接触、碰撞和摩擦导致多刚体系统在速度水平的非光滑动力学问题, 并从接触、碰撞和摩擦等方面介绍二维问题的变结构方法,最后提供了二维细杆在粗糙水平面上运动的动力学算例。     

飞网捕获机构中受约束绳索的建模方法研究

针对飞网捕获系统中大量非光滑接触以及刚柔耦合造成的动力学建模困难问题,提出一个简化模型。该模型将收口绳索与收口环和分离体之间的接触视为滑移关节,并采用约束方法开展动力学研究。考虑到滑移关节的碰撞,引入接触刚度,建立滑移关节的接触动力学方程。利用绝对节点坐标法描述绳索单元,采用虚功原理建立绳索单元动力学模型;对于分离体等刚体,采用四元数描述,建立刚体含约束动力学方程。对收口系统的收口过程建模仿真,得到绳索和牵引质量块的运动规律,并对比不同收口环数目下的收口时间和收口程度。研究结果表明,收口环的数目增加可以使边线绳收缩得更加紧凑,但较多的收口环会延长收口时间,降低收口效率。     

二阶锥权互补问题的非单调非精确光滑牛顿法

【目的】将权互补问题引入到二阶锥上,研究二阶锥权互补问题。【方法】基于一个新的带参数的光滑函数,将二阶锥权互补问题转化为一组带参数的非线性方程组,并采用非单调非精确光滑牛顿法进行求解。【结果】在每次迭代中,该算法只需近似地求解一个非线性方程组且只需进行一次非单调线搜索。在适当假设下,证明该算法具有全局和局部二阶收敛性质。【结论】数值结果表明算法的有效性。
     

求解互补问题的Newton-Krylov-Schwarz算法

提出一类并行的半光滑Newton-Krylov-Schwarz算法来解决互补问题.利用半光滑函数,通过解大规模稀疏非线性代数方程组,得到此类优化问题的数值解.计算结果表明此算法的可行性.     

非光滑约束优化的广义增广拉格朗日方法及其在半无限规划中的应用

为寻找非光滑约束优化问题的稳定点,基于已有的研究成果,提出了一种广义增广拉格朗日方法.即当罚参数有界时,证明了由算法产生的迭代序列的任何聚点都是原问题的稳定点.然后,在适当条件下将该方法应用到了半无限规划问题,并且给出了相关数值实验,证明了该算法对于求解非光滑约束优化问题是有效的.因此,非光滑约束优化的广义增广拉格郎日方法是一种非常有效的方法,在解决半无限规划问题中有十分广泛的应用.     

极大熵原理与互补问题的一种迭代算法

把基于信息理论的极大熵原理应用到互补问题的一种等价的不动点格式中,构造了一种光滑的迭代算法,给出了迭代算法收敛的充要条件.对于对称单调的互补问题,给出了收敛的充分条件.扩充了原来的梯度投影法要求严格单调的限制,得出了与外梯度投影法类似的收敛性条件.最后,给出了数值算例,包括标准互补问题考题和随机生成的考题,并给出了该光滑迭代算法与外梯度投影法的数值比较.