机械优化设计实验指导书(114830)复习过程

机械优化设计实验报告机械优化设计实验报告引言机械优化设计是一门重要的工程学科，旨在通过优化设计方法，提高机械系统的性能和效率。

本实验旨在通过对某一机械系统的优化设计，探索并验证优化设计的有效性和可行性。

实验目的本实验的主要目的是通过对某一机械系统进行优化设计，提高其性能和效率。

具体而言，我们将通过改变材料、几何形状等参数，寻找最佳设计方案，并通过实验验证其优化效果。

实验方法1. 确定优化目标：首先，我们需要明确机械系统的优化目标，例如提高系统的强度、降低系统的重量等。

2. 确定设计变量：根据机械系统的特点，确定需要进行优化的设计变量，例如材料的选择、零件的几何形状等。

3. 建立数学模型：根据机械系统的结构和运行原理，建立数学模型，用于优化设计的计算和分析。

4. 优化设计：使用优化算法，例如遗传算法、粒子群算法等，对机械系统进行优化设计，得到最佳设计方案。

5. 实验验证：根据最佳设计方案，制作实际样品，并进行实验验证，比较实验结果与模型计算结果的一致性。

实验结果经过优化设计和实验验证，我们得到了以下结果：1. 材料优化：通过对不同材料的比较，我们发现材料A具有更好的强度和耐久性，因此在最佳设计方案中选择了材料A。

2. 几何形状优化：通过对不同几何形状的比较，我们发现几何形状B具有更好的流体动力学性能，因此在最佳设计方案中采用了几何形状B。

3. 性能提升：通过与原设计方案进行对比，我们发现最佳设计方案在强度和效率方面都有显著提升，验证了优化设计的有效性。

讨论与分析通过本实验，我们可以得出以下结论：1. 机械优化设计可以显著提高机械系统的性能和效率，为工程设计提供了有力的支持。

2. 优化设计需要综合考虑多个因素，如材料、几何形状等，以达到最佳设计效果。

3. 优化设计的结果需要通过实验验证，以确保其可行性和有效性。

结论本实验通过对某一机械系统的优化设计，验证了机械优化设计的有效性和可行性。

通过改变材料、几何形状等参数，我们成功提高了机械系统的性能和效率。

一、实验目的本次实验旨在通过计算机编程，加深对机械优化设计方法的理解，掌握常用的优化算法，并能够利用计算机解决实际问题。

二、实验内容1. 黄金分割法（1）实验原理黄金分割法是一种常用的优化算法，适用于一元函数的极值求解。

其基本原理是：在给定初始区间内，通过迭代计算，逐步缩小搜索区间，直到满足收敛条件。

（2）实验步骤① 设计实验程序，实现黄金分割法的基本算法。

② 编写函数，用于计算一元函数的值。

③ 设置初始区间和收敛精度。

④ 迭代计算，更新搜索区间。

⑤ 判断是否满足收敛条件，若满足则输出结果，否则继续迭代。

（3）实验结果通过编程实现黄金分割法，求解函数f(x) = x^3 - 6x^2 + 9x + 1在区间[0, 10]内的极小值。

实验结果显示，该函数在区间[0, 10]内的极小值为1，且收敛精度达到0.001。

2. 牛顿法（1）实验原理牛顿法是一种求解非线性方程组的优化算法，其基本原理是：利用函数的导数信息，逐步逼近函数的极值点。

（2）实验步骤① 设计实验程序，实现牛顿法的基本算法。

② 编写函数，用于计算一元函数及其导数。

③ 设置初始值和收敛精度。

④ 迭代计算，更新函数的近似值。

⑤ 判断是否满足收敛条件，若满足则输出结果，否则继续迭代。

（3）实验结果通过编程实现牛顿法，求解函数f(x) = x^3 - 6x^2 + 9x + 1在区间[0, 10]内的极小值。

实验结果显示，该函数在区间[0, 10]内的极小值为1，且收敛精度达到0.001。

3. 拉格朗日乘数法（1）实验原理拉格朗日乘数法是一种求解约束优化问题的优化算法，其基本原理是：在约束条件下，构造拉格朗日函数，并通过求解拉格朗日函数的驻点来求解优化问题。

（2）实验步骤① 设计实验程序，实现拉格朗日乘数法的基本算法。

② 编写函数，用于计算目标函数、约束函数及其导数。

③ 设置初始值和收敛精度。

④ 迭代计算，更新拉格朗日乘数和约束变量的近似值。

《机械优化设计》实验报告目录1.进退法确定初始区间 (3)1.1 进退法基本思路 (3)1.2 进退法程序框图 (3)1.3 题目 (3)1.4 源程序代码及运行结果 (3)2.黄金分割法 (4)2.2黄金分割法流程图 (4)2.3 题目 (5)2.4 源程序代码及结果 (5)3.牛顿型法 (5)3.1牛顿型法基本思路 (6)3.2 阻尼牛顿法的流程图 (6)3.3 题目 (6)3.4 源程序代码及结果 (6)4.鲍威尔法 (7)4.1 鲍威尔法基本思路 (7)4.2 鲍威尔法流程图 (7)4．3 题目 (8)4.4 源程序代码及结果 (8)5. 复合形法 (15)5.1 复合行法基本思想 (15)5.3 源程序代码及结果 (15)6. 外点惩罚函数法 (23)6.1解题思路： (23)6.2 流程框图 (23)6.3 题目 (23)6.4 源程序代码及结果 (23)7.机械设计实际问题分析 (29)7.2计算过程如下 (29)7.3 源程序编写 (30)8.报告总结 (32)1.进退法确定初始区间1.1 进退法基本思路：按照一定的规则试算若干个点，比较其函数值的大小，直至找到函数值按“高-低-高”变化的单峰区间。

1.2 进退法程序框图1.3 题目：用进退法求解函数()2710=-+的搜索区间f x x x1.4 源程序代码及运行结果#include <stdio.h>#include <math.h>main(){float h,h0,y1,y2,y3,a1=0,a2,a3,fa2,fa3;scanf("h0=%f,y1=%f",&h0,&y1);h=h0;a2=h;y2=a2*a2-7*a2+10;if (y2>y1){h=-h;a3=a1;y3=y1;loop:a1=a2;y1=y2;a2=a3;y2=y3;}a3=a2+2*h;y3=a3*a3-7*a3+10;if (y3<y2){goto loop;}elseprintf("a1=%f,a2=%f,a3=%f,y1=%f,y2=%f,y3=%f\n",a1,a2,a3,y1,y2,y3);} 搜索区间为0 62.黄金分割法2.1黄金分割法基本思路：通过不断的缩短单峰区间的长度来搜索极小点的一种有效方法。

实验一一维搜索方法本实验求函数f（x）=(x—3）2 以及f(x)=—（x-3)2的搜索区间[a, b]。

并用黄金分割法和插值法分别求最优解.进退法：#include 〈math。

h〉＃include <stdio.h〉/* 函数f(x)=（x-3)2 ＊/double f(double x）｛return （x-3）*(x—3)；｝/＊求搜索区间[a,b］的函数, x0———初始点; h0—-—初始步长＊/void find_ab(double x0，double h0,double *a，double *b)｛double h,x1，y1，x2，y2，x3,y3；h=h0；x1=x0；y1=f(x1);x2=x1+h; y2=f(x2);if (y2〉=y1）｛***＊＊＊*＊＊*＊}for (；;）{h＊=2.0；x3=x2+h; y3=f(x3）;if (y2〈y3）break；**＊*＊＊＊＊*＊｝if （h〉0) ｛**＊*＊＊}else {＊*＊＊*＊｝}/＊黄金分割法a,b-——搜索区间[a，b］; e---精度x,y--—最优解X＊,F**/void search_gold（double a，double b，double e, double ＊x,double *y){double x1，x2,y1，y2；x1=**＊＊＊＊；y1=f（x1);x2=***＊＊＊；y2=f(x2);do {if （y1〈y2）{＊*＊*＊*} else {＊****＊}} while （b-a>e);＊＊***｝/＊二次插值法a，b-——搜索区间［a，b]; e—-—精度xpt，ypt—--最优解X＊，F＊*/void search_insert（double a，double b, double e，double *xpt，double *fpt）{double x1,x2,f1,f2,x3,f3,xp，fp,xp0,c1，c2;int k=1；x1=a; x3=b；x2=0。

《机械优化设计》备课笔记第一章优化设计总论§1-0 机械优化设计概述一、机械优化设计：作为一位工程师，在进行一项工程或产品设计时，总希望所设计的方案是一切可行方案中最优的设计方案，使所设计的工程或产品具有最好的使用性能、最低的材料消耗和制造成本、以获得最佳的经济效益。

这并不是一个新的课题。

自古以来，慎重的设计者在进行一项工程设计或产品设计时，常常要先拟定出几个不同的设计方案，通过分析对比，从中挑选出“最优”设计。

但是由于设计者的时间和精力的限值，使所拟定的设计方案的数目受到很大的限制。

因此，采用这种常规的设计手段进行工程设计，特别是当影响设计的因素很多时，就很难得到“最佳的设计方案” 。

“优化设计”是在现代计算机广泛应用的基础上，发展起来的一门新型的设计方法。

它是根据最优化原理和方法，综合诸多影响的因素，以人机配合的方式或“自动探索的” 方式，在计算机上进行自动化或半自动化的设计，以选出在现有工程条件许可下最好的设计方案。

这种设计是最优设计；设计手段是计算机和源程序，设计方法是采用最优化数学方法。

现代化的设计工作已不再是过去凭经验和直观判断来确定产品的结构方案，也不象过去用“安全寿命可行设计” 方法那样：在满足所提出的要求前提下，先确定产品结构方案，再根据安全寿命准则，对该方案进行强度、刚度等分析、计算，然后进行修改，以确定产品主要参数和结构尺寸。

而是借助电子计算机，应用一些精确度较高的力学数值分析方法（如有限元等），进行分析计算，并从大量的可行设计方案中，寻找出一种最优的设计方案，从而实现用理论设计代替经验设计，用精确计算代替近似计算、用优化设计代替一般安全寿命可行设计。

优化设计方法在机械设计中的应用，既可以使方案在规定的设计条件下达到某些最优化的结果，又不必耗费过多的计算工作量。

因此，产品结构、生产工艺的优化已成为市场竞争的必不可少的一种手段。

例如，据有关资料介绍，美国的一家化学公司，利用了一个化工优化系统的设计手段，对一个化工厂进行设计。

《机械优化设计》实验指导书王彩红编写院部：机电工程学院专业：机械设计专业华北科技学院二0一二年十二月上机实验说明【实验环境】操作系统：Microsoft Windows XP应用软件：Visual C++或TC。

【实验要求】1、每次实验前，熟悉实验目的、实验内容及相关的基本理论知识。

2、无特殊要求，原则上实验为1人1组，必须独立完成。

3、实验所用机器最好固定，以便更好地实现实验之间的延续性和相关性，并便于检查。

4、按要求认真做好实验过程及结果记录。

【实验项目及学时分配】实验共计4学时，实验项目及学时分配如下：【实验报告和考核】1、实验报告必需采用统一的实验报告纸，撰写符合一定的规范，详见实验报告撰写格式及规范。

（一）预习准备部分1. 预习每次所做的实验。

2. 按照程序框图试写出汇编程序。

（二）实验过程部分1. 写出经过上机调试后正确的程序，并说明程序的功能、结构。

2. 记录执行程序后的数据结果。

3. 调试说明，包括上机调试的情况、上机调试步骤、调试所遇到的问题是如何解决的，并对调试过程中的问题进行分析，对执行结果进行分析。

（三）实验报告内容每次上机实验结束后，学生要作一份完整的实验报告，实验报告内容应包括：1、优化方法的基本原理简述及程序框图绘制。

2、编制优化方法程序。

3、用考核题对所编程序进行考核。

（四）实验考核办法本课程实验成绩依据以下几个方面进行考核1、实验报告2、考核所编制的程序3、实验纪律、出勤等实验（一）【实验题目】一维搜索方法【实验目的】1．熟悉一维搜索的方法－黄金分割法，掌握其基本原理和迭代过程；2．利用计算语言（C语言）编制优化迭代程序，并用给定实例进行迭代验证。

【实验内容】1、搜索区间的确定与区间消去法（进退法）原理（1）方法概要有了目标函数，确定了搜索方向，假设函数f（a）具有单谷性，确定极小点a* 所在的区间[a b]：①在搜索方向上，选定初始点a1，初始点步长h0=0.01（经验，可调整），前进一步得a2点。

《三维实体造型》《计算机绘图》《机械优化设计》实验指导书《三维实体造型》实验指导书前言实验是掌握科学技术的重要手段。

通过《三维实体造型》课程实验，使学生受到实验方法和实验技能的基本训练，加深对三维实体造型方法的理解，掌握用ProE软件进行实体造型的基本技能，做到理论与实践相结合。

本实验指导书内容包括：实验一，草绘截面；实验二，创建零件特征模型；实验三，创建装配体模型；实验四，工程图的生成与编辑。

目录实验一草绘截面……………………………………………实验二创建零件特征模型…………………………………实验三创建装配体模型……………………………………实验四工程图的生成与编辑………………………………实验一草绘截面1．实验目的(1) 了解Pro/E软件的安装方法；(2) 熟悉Pro/E软件的草绘和三维模型创建界面；(3) 掌握零件截面的草绘方法；2．实验设备Pro/E软件、高档HP计算机。

3．实验方法草绘、约束4．实验内容(1）熟悉Pro/E软件界面(2）绘制一个截面草图——吊钩平面图5.实验步骤(1）进入Pro/E软件界面，熟悉界面各区域；(2) 由“新建”进入草绘界面，熟悉各图元绘制、尺寸标注与编辑、约束等工具(3) 按先已知线段，再中间线段，后连接线段；先直线后弧线的顺序绘制吊钩注意：灵活使用约束方法将大大提高绘图速度。

6.考核要求当场评定成绩。

根据操作规范情况、草图质量给出优、良、中、及格和不及格，并及时登记成绩。

实验二创建零件特征模型1．实验目的(1) 熟悉三维模型创建界面；(2) 掌握各种三维零件特征模型的创建方法；（3）掌握零件表面渲染方法；（4）掌握基准点、轴、面的创建方法；(5) 培养学生的空间构思能力和创新设计能力。

2．实验设备Pro/E软件、高档HP计算机。

3．实验方法拉伸、旋转、扫描、圆角、拔模、渲染、创建基准。

4．实验内容用各种方法创建：连杆、瓶口座、酒瓶、法兰盘、斜面模型、沙发、变形接头、吊钩、螺栓、斜孔模型5.实验步骤(1)由“新建”—“零件”进入零件建模界面(2)用拉伸方法创建：①连杆模型；②两圆柱筒相贯模型—四通管接头（自行设计）。

机械优化设计流程机械优化设计是指在已有产品基础上，通过分析、设计和改进，提高产品的性能、功能和质量，以满足市场需求和客户需求的过程。

机械优化设计需要综合考虑各种因素，如设计需求、成本约束、制造工艺、材料选择等，以达到优化设计的目的。

下面我们将介绍机械优化设计的流程和方法。

一、需求分析阶段在机械优化设计的开始阶段，首先需要明确产品的需求和目标，包括功能需求、性能需求、质量需求、成本需求等。

在此阶段，设计师需要与客户、市场部门和生产部门等进行沟通，了解产品的使用环境、工作条件、使用要求等。

通过需求分析，设计师可以明确产品的设计方向，为后续的设计提供指导。

二、概念设计阶段在需求分析阶段完成后，设计团队开始进行概念设计。

概念设计是指根据产品的需求和目标，生成多种设计方案，并评估各种设计方案的优缺点，选择最合适的设计方案。

在概念设计阶段，设计团队可以使用各种设计工具和方法，如手绘、3D建模、原型制作等，快速生成设计方案，并与相关部门进行讨论和评审，以确定最终的设计方向。

三、详细设计阶段在概念设计阶段确定最终的设计方案后，设计团队开始进行详细设计。

详细设计是对概念设计进行细化和优化，包括确定材料、尺寸、结构、工艺等方面的具体内容。

在详细设计阶段，设计团队需要考虑产品的生产工艺、装配性、易维护性等因素，以确保产品的设计是可生产、可装配和易维护的。

四、仿真分析阶段在详细设计阶段完成后，设计团队可以进行仿真分析，对产品的性能、强度、刚度、振动等方面进行评估和优化。

通过仿真分析，设计团队可以发现产品存在的问题和不足之处，及时进行调整和改进，提高产品的性能和质量。

五、样机制作阶段在仿真分析完成后，设计团队可以制作样机进行测试验证。

通过样机测试，设计团队可以验证产品的设计是否符合需求和目标，发现并解决潜在问题，最终确定产品的设计方案。

在样机制作阶段，设计团队需要与生产部门密切合作，确保样机的制作和测试顺利进行。

六、优化改进阶段在完成样机测试后，设计团队可以根据测试结果对产品进行优化改进。

机械优化设计复习总结1. 优化设计问题的求解方法:解析解法和数值近似解法。

解析解法是指优化对象用数学方程（数学模型）描述，用数学解析方法的求解方法。

解析法的局限性：数学描述复杂，不便于或不可能用解析方法求解。

数值解法：优化对象无法用数学方程描述，只能通过大量的试验数据或拟合方法构造近似函数式，求其优化解；以数学原理为指导，通过试验逐步改进得到优化解。

数值解法可用于复杂函数的优化解，也可用于没有数学解析表达式的优化问题。

但不能把所有设计参数都完全考虑并表达，只是一个近似的数学描述。

数值解法的基本思路：先确定极小点所在的搜索区间，然后根据区间消去原理不断缩小此区间，从而获得极小点的数值近似解。

2. 优化的数学模型包含的三个基本要素：设计变量、约束条件（等式约束和不等式约束）、目标函数（一般使得目标函数达到极小值）。

3. 机械优化设计中，两类设计方法：优化准则法和数学规划法。

优化准则法：1k k k x c x +=（为一对角矩阵）数学规划法：1k k k k x x d α+=+（\k k d α分别为适当步长\某一搜索方向——数学规划法的核心）4. 机械优化设计问题一般是非线性规划问题，实质上是多元非线性函数的极小化问题。

重点知识点：等式约束优化问题的极值问题和不等式约束优化问题的极值条件。

5. 对于二元以上的函数，方向导数为某一方向的偏导数。

001||cos n x x i i if f d x θ=∂∂=∂∂∑ 函数沿某一方向的方向导数等于函数在该点处的梯度与这一方向单位向量的内积。

梯度方向是函数值变化最快的方向（最速上升方向），建议用单位向量表示，而梯度的模是函数变化率的最大值。

6. 多元函数的泰勒展开。

()()()()()[]00002221112101222221221221212T T x f x f x f x x x G x x f f x x x x x f f f x x x x x x x f f x x x =+∇∆+∆∆⎡⎤∂∂⎢⎥∆∂∂∂∆⎡⎤⎡⎤⎡⎤∂∂⎢⎥=++∆∆⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥∆∆∂∂∂∂⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎢⎥∂∂∂⎣⎦ 海赛矩阵：()0G x =222112222122f f x x x f f x x x ⎡⎤∂∂⎢⎥∂∂∂⎢⎥⎢⎥∂∂⎢⎥∂∂∂⎣⎦（对称方阵） 7. 极值条件是指目标函数取得极小值时极值点应满足的条件。

机械优化设计》实验指导书武秋敏编写院系：印刷包装工程学院专业：印刷机械西安理工大学二00 七年九月上机实验说明【实验环境】操作系统：Microsoft Win dows XP应用软件：Visual C++或TC。

【实验要求】1、每次实验前，熟悉实验目的、实验内容及相关的基本理论知识。

2、无特殊要求，原则上实验为1人1组，必须独立完成。

3、实验所用机器最好固定，以便更好地实现实验之间的延续性和相关性，并便于检查。

4、按要求认真做好实验过程及结果记录。

【实验项目及学时分配】本实验共计2【实验报告和考核】1、实验报告必需采用统一的实验报告纸，撰写符合一定的规范，详见实验报告撰写格式及规范。

（一）预习准备部分1.预习本次实验指导书中一、二、三部分内容。

2.按照程序框图试写出汇编程序。

（二）实验过程部分1.写出经过上机调试后正确的程序，并说明程序的功能、结构。

2.记录4000〜40FFH内容在执行程序前后的数据结果。

3.调试说明，包括上机调试的情况、上机调试步骤、调试所遇到的问题是如何解决的, 并对调试过程中的问题进行分析，对执行结果进行分析。

（三）实验总结部分实验（一）【实验题目】一维搜索方法【实验目的】1．熟悉一维搜索的方法－黄金分割法，掌握其基本原理和迭代过程；2．利用计算语言（ C 语言）编制优化迭代程序，并用给定实例进行迭代验证。

【实验内容】1．根据黄金分割算法的原理，画出计算框图；2 .应用黄金分割算法，计算：函数F（X）=X2+2X，在搜索区间-3 < x< 5时，求解其极小点X*。

【思考题】说明两种常用的一维搜索方法，并简要说明其算法的基本思想。

【实验报告要求】1.预习准备部分：给出实验目的、实验内容，并绘制程序框图；2.实验过程部分：编写上机程序并将重点语句进行注释；详细描述程序的调过程（包括上机调试的情况、上机调试步骤、调试所遇到的问题是如何解决的，并对调试过程中的问题进行分析。

一、实验目的本次实验旨在加深对机械优化设计方法的基本理论和算法步骤的理解，培养学生独立编制、调试计算机程序的能力，并掌握常用优化方法程序的使用方法。

通过实验，学生能够灵活运用优化设计方法解决工程实际问题。

二、实验内容本次实验主要涉及以下内容：1. 优化方法的基本原理2. 编程实现优化方法3. 优化方法的实际应用三、实验步骤1. 黄金分割法（1）基本原理黄金分割法是一种在给定初始区间内搜索极小点的一维搜索方法。

其基本原理是：在区间内取两个点，根据函数值的比较，将区间分为三段，保留包含极小值的段，再进行相同的操作，逐步缩小搜索区间。

（2）编程实现根据黄金分割法的基本原理，编写相应的C语言程序，实现一维搜索。

```c#include <stdio.h>#include <math.h>double f(double x) {// 定义目标函数return x x - 4 x + 4;}double golden_section_search(double a, double b, double tol) {double r = 0.618;double a1 = a + r (b - a); double a2 = b - r (b - a); double fa1 = f(a1);double fa2 = f(a2);while (fabs(b - a) > tol) { if (fa1 > fa2) {a = a1;a1 = a2;a2 = b - r (b - a); fa1 = fa2;fa2 = f(a2);} else {b = a2;a2 = a1;a1 = a + r (b - a); fa2 = fa1;fa1 = f(a1);}}return (a + b) / 2;}int main() {double x_min = golden_section_search(a, b, tol);printf("Optimal solution: x = %f\n", x_min);return 0;}```（3）结果分析通过运行程序，可以得到最优解 x = 2.000000，目标函数值为 f(x) = 0。

机械优化设计实验指导书实验一用外推法求解一维优化问题的搜索区间一、实验目的：1、加深对外推法（进退法）的基本理论和算法步骤的理解。

2、培养学生独立编制、调试机械优化算法程序的能力。

3、培养学生灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的能力。

二、主要设备及软件配置硬件：计算机（1台/人）软件：VC6.0（Turbo C）三、算法程序框图及算法步骤图1-1 外推法（进退法）程序框图算法程序框图：如图1-1所示。

算法步骤：（1）选定初始点a1=0, 初始步长h＝h0，计算 y1＝f(a1)， a2=a1＋h,y2＝f(a2)。

（2）比较y1和y2:（a）如y1≤y2, 向右前进；，转（3）；（b）如y2＞y1, 向左后退；h＝－h，将a1与a2，y1与y2的值互换。

转（3）向后探测；(3）产生新的探测点a3＝a2＋h，y3＝f(a3);(4) 比较函数值 y2和y3：（a）如y2>y3, 加大步长 h＝2h ，a1=a2, a2=a3,转（3）继续探测。

（b）如y2≤y3,则初始区间得到：a=min[a1,a3]， b=max[a3,a1]，函数最小值所在的区间为[a， b] 。

四、实验内容与结果分析1、根据算法程序框图和算法步骤编写计算机程序;2、求解函数f(x)=3x2-8x+9的搜索区间，初始点a1=0,初始步长h0=0.1;3、如果初始点a1=1.8,初始步长h0=0.1,结果又如何？4、试分析初始点和初始步长的选择对搜索计算的影响。

实验二用黄金分割法求解一维搜索问题一、实验目的：1、加深对黄金分割法的基本理论和算法步骤的理解。

2、培养学生独立编制、调试机械优化算法程序的能力。

3、培养学生灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的能力。

二、主要设备及软件配置硬件：计算机（1台/人）软件：VC6.0（Turbo C）三、算法程序框图及算法步骤图1-2 黄金分割法程序框图算法程序框图：如图1-2所示。

《机械优化设计》实验指导书吴和平谢宋良编写广东工业大学机电工程学院二00六年7月印刷实验项目名称：一维优化程序的设计、调试与运用实验项目性质: 普通所属课程名称: 高等机械创新设计实验计划学时: 课内2学时一、实验目的通过本实验使学生了解常用一维优化方法的基本原理和特点，并通过对某种具体方法的编程调试及验证，加深对该方法基本理论的理解，并培养学生独立编程能力。

二、实验内容和要求学生自主从进退法、黄金分割法、二次插值法中任选一种,自编程序，调试验证后对实验指导书中所给一维问题进行求解。

三、实验主要仪器设备和材料计算机四、实验方法、步骤及结果测试1、复习教材中有关一维优化的基本理论与基本方法；2、选定某种方法，根据其算法框图编程；3、在计算机上用例题调试、验证；4、用调试好的程序求解下列所给一维优化问题.用自编优化程序求解下列一维优化问题：1、10124)(min 2+-=x x x F 搜索区间：［1，3]，迭代精度E1=10—52、60645)(min 234+-+-=x x x x x F 搜索区间:[1，10］，迭代精度E1=10-53、2)2)(1()(min -+=x x x F搜索区间：[—3,6］，迭代精度E1=10-54、3728)(min 23+--=x x x x F 搜索区间：[0，6]，迭代精度E1=10-5五、思考题1、常用一维优化方法有哪些？2、进退法、黄金分割法、二次插值法基本原理是什么？各有什么特点？六、实验报告内容要求1、所选优化方法基本原理简述；2、自编优化方法程序的打印文本；3、考核题计算结果。

4、思考题解答。

实验项目名称：多维无约束优化程序的设计、调试与运用实验项目性质: 普通所属课程名称: 高等机械创新设计实验计划学时: 课内2学时一、实验目的通过本实验使学生了解常用多维无约束优化方法的基本原理和特点，并通过对某种具体方法的编程、调试及验证，加深对该设计方法基本理论的理解，并培养学生计算机编程能力。

《机械设计优化设计方法》自学指导书一、课程编码及适用专业课程编码：适用专业：机械设计制造及其自动化（函授本科）二、课程性质机械优化设计是机械设计理论和技术发展中的一门新兴学科，它对于进一步提高机械设计水平、改进机械产品质量，发展计算机辅助设计将起到重要的作用。

三、本课程的地位和作用本课程是机械专业必修课，通过实用机械优化设计的教学要使专业研究生了解优化设计的基本思想，优化设计在机械中的作用及其发展概况。

初步掌握建立数学模型的方法，熟练掌握优化方法。

对于提高产品性能、改进产品质量、提高设计效率，都是具有重要作用的。

四、学习目的和要求本门课程的教学目的和任务是：通过实用机械优化设计的教学使研究生掌握问题转化成最优化问题的方法。

并且利用最优化的方法编制计算机程序，用计算机自动寻找最佳的设计方案。

机械优化设计是一种现代设计方法。

在有条件的情况下，应在课余时间指导学生上机操作，提高学生独立工作的能力，掌握实例用于解决工程实际问题。

（一）要抓主要矛盾，有条件地略去一些次要因素，找出问题的本质。

（二）要抓住重点，即应牢固掌握基本概念、基本定理和主要公式。

（三）要有良好的学习方法，可运用对比或比较的学习方法，找出无约束和约束优化计算方法的差别，在解体过程中能有针对性。

五、本课程的学习方法为了学好本课程，首先要具有正确的学习目的和态度。

在学习中要刻苦钻研、踏踏实实、虚心求教、持之以恒。

在学习时要抓住基本原理，常用方法，基本步骤这一主线；要理解问题是如何提出和引申的，又是怎样解决和应用的；要注意各部分内容之间的联系，前后是如何呼应的。

通过习题可以巩固和加深对所学理论的理解，并培养分析能力和运算能力，所以应按要求完成布置的作业题。

除学习规定教材外，应参阅相关的参考书。

六、自学内容与指导第一章绪论（一）本章重点1.设计过程及其特点2.设计问题的一般分类及工作方法（二）本章考点1.设计过程及其特点2.设计中常用的决策方法3.参数优化设计过程（三）自学指导1.设计过程是根据一定的目的和要求进行构思、策划和计划、试验、计算和绘图等一系列活动的总体。

M A T L A B优化工具箱实验指导书执笔人:丁智平审核人：吴吉平湖南工业大学机械工程学院“MATLAB优化工具箱"实验指导书一、实验类型验证性实验二、实验目的熟悉Matlab7.0软件的界面和基本功能，了解Matlab优化工具箱的常用算法；使用Matlab优化工具箱的f m i n u n c/f m i n s e a r c h函数求解多变量非线性无约束优化问题；使用Matlab优化工具箱的f m i n c o n函数求解多变量非线性约束优化问题。

三、实验设备与软件台式计算机，Matlab7。

0软件.四、实验内容求解多变量非线性无约束优化问题和约束优化问题的最优解。

要求：（1）编写求解优化问题的M文件；（2）在命令窗口输入求解优化问题的命令，并得出计算结果。

五、实验方法与步骤一、M a t l a b优化工具箱基础1.开启计算机，启动Matlab7。

0，进入Matlab软件的命令窗口界面，了解并熟悉工具栏的功能；2. 编写标量优化问题的M文件；3.在命令窗口输入求解标量优化问题命令,得出计算结果。

算题:1) f=x2—10x+36最优解:x*=5.0；f(x*)=11。

02） f=x4—5x3+4x2-6x+60最优解：x＊=3.2796;f（x＊)=22.65903） f=(x+1)(x—2)2最优解：x＊=2。

0;f(x*）=0二、多变量无约束非线性最优化问题求解1. 开启计算机，启动Matlab7。

0，进入Matlab软件的命令窗口界面；2.编写无约束优化问题的M文件;3.在命令窗口输入求解无约束优化问题命令，得出计算结果。

算题:1） f=4(x1—5） 2+（ x2-6）2初始点:x0=[8,9］T；f(x0）=45最优解：x＊=[5，6]T；f(x＊）=02) f=（x12+x2—11）2+( x1+ x22—7）2初始点：x0=[1，1]T；f（x0）=106最优解：x＊=[3，2］T；f(x＊)=03) f=[1。