Višekriterijumska optimizacija planetarnih prenosnika adaptivnim hibridnim metaheurističkim algoritmima
Multi-objective optimization of planetary gearboxes based on adaptive hybrid metaheuristic algorithms
![](/themes/Miragemashinery//images/openAccess.png)
2021
Authors
Sedak, Miloš![](/themes/Miragemashinery/images/orcid.png)
Contributors
Rosić, Božidar![](/themes/Miragemashinery/images/orcid.png)
Ristivojević, Mileta
Marinković, Aleksandar
![](/themes/Miragemashinery/images/orcid.png)
Lazović, Tatjana
![](/themes/Miragemashinery/images/orcid.png)
Ivanović, Lozica
![](/themes/Miragemashinery/images/orcid.png)
Doctoral thesis (Published version)
![](/themes/Miragemashinery//images/creativecommons/arr.png)
Metadata
Show full item recordAbstract
Planetarni prenosnici spadaju u grupu mehaničkih zupčastih prenosnika, koji su široko zastupljeni za transformaciju i prenos snage prvenstveno zbog kompaktnosti konstrukcije, visoke pouzdanosti i stepena iskorišćenja. Polazeći od funkcije, koju treba da ispuni u okviru neke konstrukcije, kao i sve strožih zahteva u pogledu performansi prenosnika, predmet istraživanja ove doktorske disertacije je razvoj višekriterijumskog optimizacionog modela planetarnog prenosnika. Razvijeni modeli koji zadovoljavaju niz strogih zahteva u pogledu: kompaktnosti konstrukcije, minimizacije gubitaka u prenosu snage, ravnomernosti raspodele opterećenja, kao i pouzdanosti u različitim eksploatacionim uslovima. Za postavljeni problem višekriterijumske optimizacije planetarnog prenosnika formirane su odgovarajuće kriterijumske funkcije i definisan je niz funkcionalnih ograničenja, kao i odgovarajući domeni primene svih relevantnih veličina zupčastih parova sa spoljašnjim i unutrašnjim ozubljenjem i planetarno...g prenosnika kao složenog sistema, u cilju nesmetane montaže, pouzdanog rada i sprezanja zupčastih parova. U okviru doktorske disertacije, razvijen je odgovarajući mehanički model za određivanje stepena iskorišćenja istovremeno spregnutih zupčastih parova, u zavisnosti od njihovih geometrijskih parametara, kao i od uslova podmazivanja. Kriterijumske funkcije formiranog višekriterijumskog optimizacionog problema su nelinearne i nekonveksne pa se globalno optimalno rešenje ne može numerički odrediti konvencionalnim metodama optimizacije. Prema tome, u cilju rešavanja ovog kompleksnog optimizacionog problema potrebno je primeniti metaheurističke optimizacione algoritme. Dakle, postoji stalna potreba za poboljšanjem postojećih i razvojem novih metaheurističkih algoritama i to razvojem adaptivnih tehnika za podešavanje upravljačkih parametara i hibridizacijom algoritama. U skladu sa tim, u okviru doktorske disertacije detaljno su razmatrani metaheuristički algoritmi, koji pripadaju grupi evolutivnih algoritama, kao što su algoritam diferencijalne evolucije (Differential Evolution, DE), genetski algoritam (Genetic Algorithm, GA) kao i algoritmi inspirisani biološkim sistemima u prirodi, i to algoritam optimizacije rojem čestica (Partical Swarm Optimization, PSO). U cilju otklanjanja nedostataka metaheurističkih algoritama koji se javljaju tokom optimizacionog procesa, algoritmi predloženi u okviru disertacije su modifikovani kroz: razvoj adaptivnih mehanizama za podešavanje vrednosti upravljačkih parametara, i hibridizaciju adekvatnih algoritama. U cilju formiranja efikasnog hibridnog algoritma, procesu hibridizacije je prethodila detaljna numerička simulacija i statistička analiza performansi razmatranih algoritama. Prema tome, hibridizacijom algoritama postignuto je adekvatno iskorišćenje prednosti jednog i istovremena eliminacija nedostataka drugog algoritma...
Planetary gearboxes have a wide application in the field of transformation and transmission of power from the drive to the working machine, due to the compact structure, high reliability and efficiency. Due to the increasingly stringent performance requirements, which planetary gearboxes must satisfy, the research in this dissertation is focused on the problem of multi-objective non-linear optimization of planetary gearbox based on hybrid metaheuristic algorithm, which satisfies a number of strict requirements, such as: compact construction, minimization of power loss, load distribution and reliability in different operating conditions. In this work the formulations of the objective functions for the considered multiobjective optimization problem of planetary gearbox have been outlined along with the appropriate constraints. The formulated constraints have been analyzed and appropriate domains of practical applications of internal and external gear pairs have been formulated, with the ...aim to ensure proper working, mounting and meshing of considered gears. Furthermore, the theoretical formulation and numerical procedure for the calculation of the planetary gearbox power efficiency has been developed in this work. However, the objective functions and developed constraints of the considered Multiobjective planetary gearbox optimization problem are nonlinear and multimodal functions, and therefore the global optimal solution cannot be obtained using the conventional optimization methods. Therefore, in order to solve this multiobjective and complex optimization problem, the research in this dissertation is focused on metaheuristic optimization algorithms, which belong to the group of evolutionary algorithms, including: differential evolution algorithm and genetic algorithm, as well as the algorithms inspired by the biological systems, such as particle swarm optimization algorithm. To overcome difficulties in solving complex optimization problems, in this thesis the considered algorithms are modified with the development of adaptive techniques for setting the values of control parameters and hybridization of algorithms. In order to create an effective hybrid algorithm, the hybridization process has been preceded by extensive numerical simulations and statistical analysis of advantages and disadvantages of each algorithm. Therefore, the proposed hybridization of algorithms and introduction of adaptive control parameters can successfully combine the advantages and avoid disadvantages of each algorithm. In this way, the proposed modifications successfully combine the advantages of each algorithm and avoid their disadvantages, thus significantly expanding the scale of implementation of the proposed algorithms for complex optimization problems...
Keywords:
Planetarni prenosnici / efikasnost prenosnika snage / višekriterijumska optimizacija / metaheurističke optimizacione metode / hibridni algoritmi / globalna optimizacija / Planetary gearboxes / mechanical transmission efficiency / multi-objective optimization / metaheuristic optimization methods / hybrid algorithms / global optimizationSource:
2021Publisher:
- Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet
Funding / projects:
- Sustainability and improvement of mechanical systems in energetic, material handling and conveying by using forensic engineering, environmental and robust design (RS-MESTD-Technological Development (TD or TR)-35006)
URI
http://eteze.bg.ac.rs/application/showtheses?thesesId=8315https://fedorabg.bg.ac.rs/fedora/get/o:24141/bdef:Content/download
http://vbs.rs/scripts/cobiss?command=DISPLAY&base=70036&RID=48221193
https://nardus.mpn.gov.rs/handle/123456789/18588
https://machinery.mas.bg.ac.rs/handle/123456789/85
Collections
Institution/Community
Mašinski fakultetTY - THES AU - Sedak, Miloš PY - 2021 UR - http://eteze.bg.ac.rs/application/showtheses?thesesId=8315 UR - https://fedorabg.bg.ac.rs/fedora/get/o:24141/bdef:Content/download UR - http://vbs.rs/scripts/cobiss?command=DISPLAY&base=70036&RID=48221193 UR - https://nardus.mpn.gov.rs/handle/123456789/18588 UR - https://machinery.mas.bg.ac.rs/handle/123456789/85 AB - Planetarni prenosnici spadaju u grupu mehaničkih zupčastih prenosnika, koji su široko zastupljeni za transformaciju i prenos snage prvenstveno zbog kompaktnosti konstrukcije, visoke pouzdanosti i stepena iskorišćenja. Polazeći od funkcije, koju treba da ispuni u okviru neke konstrukcije, kao i sve strožih zahteva u pogledu performansi prenosnika, predmet istraživanja ove doktorske disertacije je razvoj višekriterijumskog optimizacionog modela planetarnog prenosnika. Razvijeni modeli koji zadovoljavaju niz strogih zahteva u pogledu: kompaktnosti konstrukcije, minimizacije gubitaka u prenosu snage, ravnomernosti raspodele opterećenja, kao i pouzdanosti u različitim eksploatacionim uslovima. Za postavljeni problem višekriterijumske optimizacije planetarnog prenosnika formirane su odgovarajuće kriterijumske funkcije i definisan je niz funkcionalnih ograničenja, kao i odgovarajući domeni primene svih relevantnih veličina zupčastih parova sa spoljašnjim i unutrašnjim ozubljenjem i planetarnog prenosnika kao složenog sistema, u cilju nesmetane montaže, pouzdanog rada i sprezanja zupčastih parova. U okviru doktorske disertacije, razvijen je odgovarajući mehanički model za određivanje stepena iskorišćenja istovremeno spregnutih zupčastih parova, u zavisnosti od njihovih geometrijskih parametara, kao i od uslova podmazivanja. Kriterijumske funkcije formiranog višekriterijumskog optimizacionog problema su nelinearne i nekonveksne pa se globalno optimalno rešenje ne može numerički odrediti konvencionalnim metodama optimizacije. Prema tome, u cilju rešavanja ovog kompleksnog optimizacionog problema potrebno je primeniti metaheurističke optimizacione algoritme. Dakle, postoji stalna potreba za poboljšanjem postojećih i razvojem novih metaheurističkih algoritama i to razvojem adaptivnih tehnika za podešavanje upravljačkih parametara i hibridizacijom algoritama. U skladu sa tim, u okviru doktorske disertacije detaljno su razmatrani metaheuristički algoritmi, koji pripadaju grupi evolutivnih algoritama, kao što su algoritam diferencijalne evolucije (Differential Evolution, DE), genetski algoritam (Genetic Algorithm, GA) kao i algoritmi inspirisani biološkim sistemima u prirodi, i to algoritam optimizacije rojem čestica (Partical Swarm Optimization, PSO). U cilju otklanjanja nedostataka metaheurističkih algoritama koji se javljaju tokom optimizacionog procesa, algoritmi predloženi u okviru disertacije su modifikovani kroz: razvoj adaptivnih mehanizama za podešavanje vrednosti upravljačkih parametara, i hibridizaciju adekvatnih algoritama. U cilju formiranja efikasnog hibridnog algoritma, procesu hibridizacije je prethodila detaljna numerička simulacija i statistička analiza performansi razmatranih algoritama. Prema tome, hibridizacijom algoritama postignuto je adekvatno iskorišćenje prednosti jednog i istovremena eliminacija nedostataka drugog algoritma... AB - Planetary gearboxes have a wide application in the field of transformation and transmission of power from the drive to the working machine, due to the compact structure, high reliability and efficiency. Due to the increasingly stringent performance requirements, which planetary gearboxes must satisfy, the research in this dissertation is focused on the problem of multi-objective non-linear optimization of planetary gearbox based on hybrid metaheuristic algorithm, which satisfies a number of strict requirements, such as: compact construction, minimization of power loss, load distribution and reliability in different operating conditions. In this work the formulations of the objective functions for the considered multiobjective optimization problem of planetary gearbox have been outlined along with the appropriate constraints. The formulated constraints have been analyzed and appropriate domains of practical applications of internal and external gear pairs have been formulated, with the aim to ensure proper working, mounting and meshing of considered gears. Furthermore, the theoretical formulation and numerical procedure for the calculation of the planetary gearbox power efficiency has been developed in this work. However, the objective functions and developed constraints of the considered Multiobjective planetary gearbox optimization problem are nonlinear and multimodal functions, and therefore the global optimal solution cannot be obtained using the conventional optimization methods. Therefore, in order to solve this multiobjective and complex optimization problem, the research in this dissertation is focused on metaheuristic optimization algorithms, which belong to the group of evolutionary algorithms, including: differential evolution algorithm and genetic algorithm, as well as the algorithms inspired by the biological systems, such as particle swarm optimization algorithm. To overcome difficulties in solving complex optimization problems, in this thesis the considered algorithms are modified with the development of adaptive techniques for setting the values of control parameters and hybridization of algorithms. In order to create an effective hybrid algorithm, the hybridization process has been preceded by extensive numerical simulations and statistical analysis of advantages and disadvantages of each algorithm. Therefore, the proposed hybridization of algorithms and introduction of adaptive control parameters can successfully combine the advantages and avoid disadvantages of each algorithm. In this way, the proposed modifications successfully combine the advantages of each algorithm and avoid their disadvantages, thus significantly expanding the scale of implementation of the proposed algorithms for complex optimization problems... PB - Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet T1 - Višekriterijumska optimizacija planetarnih prenosnika adaptivnim hibridnim metaheurističkim algoritmima T1 - Multi-objective optimization of planetary gearboxes based on adaptive hybrid metaheuristic algorithms UR - https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_nardus_18588 ER -
@phdthesis{ author = "Sedak, Miloš", year = "2021", abstract = "Planetarni prenosnici spadaju u grupu mehaničkih zupčastih prenosnika, koji su široko zastupljeni za transformaciju i prenos snage prvenstveno zbog kompaktnosti konstrukcije, visoke pouzdanosti i stepena iskorišćenja. Polazeći od funkcije, koju treba da ispuni u okviru neke konstrukcije, kao i sve strožih zahteva u pogledu performansi prenosnika, predmet istraživanja ove doktorske disertacije je razvoj višekriterijumskog optimizacionog modela planetarnog prenosnika. Razvijeni modeli koji zadovoljavaju niz strogih zahteva u pogledu: kompaktnosti konstrukcije, minimizacije gubitaka u prenosu snage, ravnomernosti raspodele opterećenja, kao i pouzdanosti u različitim eksploatacionim uslovima. Za postavljeni problem višekriterijumske optimizacije planetarnog prenosnika formirane su odgovarajuće kriterijumske funkcije i definisan je niz funkcionalnih ograničenja, kao i odgovarajući domeni primene svih relevantnih veličina zupčastih parova sa spoljašnjim i unutrašnjim ozubljenjem i planetarnog prenosnika kao složenog sistema, u cilju nesmetane montaže, pouzdanog rada i sprezanja zupčastih parova. U okviru doktorske disertacije, razvijen je odgovarajući mehanički model za određivanje stepena iskorišćenja istovremeno spregnutih zupčastih parova, u zavisnosti od njihovih geometrijskih parametara, kao i od uslova podmazivanja. Kriterijumske funkcije formiranog višekriterijumskog optimizacionog problema su nelinearne i nekonveksne pa se globalno optimalno rešenje ne može numerički odrediti konvencionalnim metodama optimizacije. Prema tome, u cilju rešavanja ovog kompleksnog optimizacionog problema potrebno je primeniti metaheurističke optimizacione algoritme. Dakle, postoji stalna potreba za poboljšanjem postojećih i razvojem novih metaheurističkih algoritama i to razvojem adaptivnih tehnika za podešavanje upravljačkih parametara i hibridizacijom algoritama. U skladu sa tim, u okviru doktorske disertacije detaljno su razmatrani metaheuristički algoritmi, koji pripadaju grupi evolutivnih algoritama, kao što su algoritam diferencijalne evolucije (Differential Evolution, DE), genetski algoritam (Genetic Algorithm, GA) kao i algoritmi inspirisani biološkim sistemima u prirodi, i to algoritam optimizacije rojem čestica (Partical Swarm Optimization, PSO). U cilju otklanjanja nedostataka metaheurističkih algoritama koji se javljaju tokom optimizacionog procesa, algoritmi predloženi u okviru disertacije su modifikovani kroz: razvoj adaptivnih mehanizama za podešavanje vrednosti upravljačkih parametara, i hibridizaciju adekvatnih algoritama. U cilju formiranja efikasnog hibridnog algoritma, procesu hibridizacije je prethodila detaljna numerička simulacija i statistička analiza performansi razmatranih algoritama. Prema tome, hibridizacijom algoritama postignuto je adekvatno iskorišćenje prednosti jednog i istovremena eliminacija nedostataka drugog algoritma..., Planetary gearboxes have a wide application in the field of transformation and transmission of power from the drive to the working machine, due to the compact structure, high reliability and efficiency. Due to the increasingly stringent performance requirements, which planetary gearboxes must satisfy, the research in this dissertation is focused on the problem of multi-objective non-linear optimization of planetary gearbox based on hybrid metaheuristic algorithm, which satisfies a number of strict requirements, such as: compact construction, minimization of power loss, load distribution and reliability in different operating conditions. In this work the formulations of the objective functions for the considered multiobjective optimization problem of planetary gearbox have been outlined along with the appropriate constraints. The formulated constraints have been analyzed and appropriate domains of practical applications of internal and external gear pairs have been formulated, with the aim to ensure proper working, mounting and meshing of considered gears. Furthermore, the theoretical formulation and numerical procedure for the calculation of the planetary gearbox power efficiency has been developed in this work. However, the objective functions and developed constraints of the considered Multiobjective planetary gearbox optimization problem are nonlinear and multimodal functions, and therefore the global optimal solution cannot be obtained using the conventional optimization methods. Therefore, in order to solve this multiobjective and complex optimization problem, the research in this dissertation is focused on metaheuristic optimization algorithms, which belong to the group of evolutionary algorithms, including: differential evolution algorithm and genetic algorithm, as well as the algorithms inspired by the biological systems, such as particle swarm optimization algorithm. To overcome difficulties in solving complex optimization problems, in this thesis the considered algorithms are modified with the development of adaptive techniques for setting the values of control parameters and hybridization of algorithms. In order to create an effective hybrid algorithm, the hybridization process has been preceded by extensive numerical simulations and statistical analysis of advantages and disadvantages of each algorithm. Therefore, the proposed hybridization of algorithms and introduction of adaptive control parameters can successfully combine the advantages and avoid disadvantages of each algorithm. In this way, the proposed modifications successfully combine the advantages of each algorithm and avoid their disadvantages, thus significantly expanding the scale of implementation of the proposed algorithms for complex optimization problems...", publisher = "Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet", title = "Višekriterijumska optimizacija planetarnih prenosnika adaptivnim hibridnim metaheurističkim algoritmima, Multi-objective optimization of planetary gearboxes based on adaptive hybrid metaheuristic algorithms", url = "https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_nardus_18588" }
Sedak, M.. (2021). Višekriterijumska optimizacija planetarnih prenosnika adaptivnim hibridnim metaheurističkim algoritmima. Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet.. https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_nardus_18588
Sedak M. Višekriterijumska optimizacija planetarnih prenosnika adaptivnim hibridnim metaheurističkim algoritmima. 2021;. https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_nardus_18588 .
Sedak, Miloš, "Višekriterijumska optimizacija planetarnih prenosnika adaptivnim hibridnim metaheurističkim algoritmima" (2021), https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_nardus_18588 .