[發明專利]面向曼哈頓空間的發動機直角管路遺傳算法規劃方法

在審

• 申請號: 201510244419.6
• 申請日: 2015-05-09
• 公開（公告）號: CN104809307A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 柳強;郭秀;曹江濤;張曉雪;李芳芳
• 申請（專利權）人: 遼寧石油化工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及航空發動機表面直角管路布局的優化領域，具體涉及一種面向曼哈頓空間的發動機直角管路遺傳算法規劃方法。

背景技術

復雜裝備如航空發動機通常包含大量的對產品性能與可靠性有著重要影響的管線，管線敷設需要考慮空間限制與規則約束，手工敷設會導致反復修改且效率低下。與傳統的裝配不同，管路敷設的難點更在于管線形狀的復雜與不確定性。一臺典型的航空發動機通常包含約200根管路，管路需要敷設在復雜約束回轉空間內，同時還需滿足各種工程約束，其過程十分復雜與耗時。為實現管線的自動敷設，不少學者對管路布局問題進行了研究，并取得了一定的成果，但由于管路布局約束的復雜性，目前還沒有形成一套成熟的理論和方法。

管路布局的確定是一個很復雜的過程，國內外在外部管路敷設領域仍以手工敷設、調整為主，敷設隨意性大，修改不易，敷設周期長，成本高，制約了整個工程的進度。尤其是近些年來，計算機技術的不斷成熟，國內外開始研究利用計算機來輔助進行管路的敷設的研究，雖然取得了一定的成果，但是還是以人機交互方式進行管路敷設，管路避開障礙還需要人工的干預才能完成，這樣還是在一定程度上制約了管路布局設計的發展。

發明內容

為了解決發動機機匣曲面直角管路的自動敷設問題，本發明提供了一種面向曼哈頓空間的發動機直角管路遺傳算法規劃方法，在直角管路布局的模式走向上，設計了針對管路布局問題的定長度個體編碼方法；建立了管路長度最短、管道彎頭數最少、能量值最少和成功避開障礙這些目標的合適的評價函數；采用了近似測地線的方法解決了發動機的曲面管路設計；采用近似測地線求交的方法解決了管路避障問題。該發明提高了管路敷設的效率，實現發動機直角管路設計的自動化與最優化。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

面向曼哈頓空間的發動機直角管路遺傳算法規劃方法，包括如下步驟：

S1、在UG模型中通過二次開發技術提取航空發動機布管空間環境信息與管路端點信息，然后，將提取信息的.txt文件導入Matlab軟件，初始化管路布局中的障礙模型，確定管路敷設的初始參數集后，對參數進行編碼；

S2、根據所設計的編碼機制初始化遺傳算法種群；

S3、計算各個目標函數：管路長度、彎頭數、能量值；處理約束條件：求解避障懲罰函數(附件障礙、電氣區域等其它不適合布管區域)；

S4、建立評價函數，評價種群，滿足停止準則的，提取其計算結果的.txt文件，通過二次開發技術返回UG模型中，實現航空發動機直角管路曲面布局方案可視化；

S5、不滿足停止準則，用賭輪選擇方法選出若干個體進行繁殖；

S6、隨機配對，按交叉概率進行交叉操作，并生成兩個子個體；

S7、按照變異概率變異二進制串中的某些位；

S8、執行T＝T+1操作，返回步驟S3繼續操作，知道迭代結束，找到最優路徑為止。

其中，所述障礙模型的獲取方法為：給定兩個點個點的坐標A(ρ_A，θ_A，z_A)和B(ρ_A，θ_A，z_A)，在發動機的機匣表面上應用近似測地線來代替直線，進而實現曲面布管。

其中，所述步驟S4中的采用線性加權的方法建立的評價函數為：

F(P)＝α×L(p)+β×B(p)+δ×E(p)+λ×O(p)

式中，L(P)：代表路徑長度；B(P)：管道的彎頭數；E(P)：路徑的能量值；O(P)：罰函數，代表路徑是否通過障礙，障礙指發動機附件、電氣區域等其它適合布管或走線的區域。

其中，所述步驟S1中參數編碼的方法為：給定路徑的起點和終點，并將從起點到終點經過某一點的路徑的走向設定為1，將從起點到終點經過另一點的路徑的走向設定為0，然后進行路徑編碼。

其中，采用近似測地線求交方式來判斷管路路徑是否與障礙相交，其可進一步分解為判斷2條近似測地線是否相交問題，具體方案為：

設發動機表面兩個近似測地線的端點的二維柱坐標分別為(θ_A，z_A)、(θ_B，z_B)和(θ_C，z_C)、(θ_D，z_D)。則引入如下的參數方程表示兩近似測地線：