[發明專利]一種基于NSGA?II算法的降低UUV置空率的優化方法在審

申請號：	201710345386.3	申請日：	2017-05-17
公開（公告）號：	CN107301267A	公開（公告）日：	2017-10-27
發明（設計）人：	張偉;宋吉廣;魏世林;張宏瀚;陳濤	申請（專利權）人：	哈爾濱工程大學
主分類號：	G06F17/50	分類號：	G06F17/50
代理公司：	暫無信息	代理人：	暫無信息
地址：	150001 黑龍江省哈爾濱市南崗區***	國省代碼：	黑龍江;23
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種基于 nsga ii 算法降低 uuv 置空率優化方法
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【說明書】：

技術領域

本發明屬于無人水下航行器整體性能分析及NSGA-II算法求解多目標的技術領域，具體涉及一種基于NSGA-II算法的降低UUV置空率的優化方法。

背景技術

無人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle，UUV)是一種主要以潛艇或水面艦船為支援平臺、能長時間在水下自主遠程航行的智能化裝置，它可以攜帶多種傳感器、專用設備或武器，執行特定的使命和任務，被視為現代海軍的“力量倍增器”，其軍事用途已經受到世界許多國家的廣泛重視。

UUV具有活動范圍大、潛水深、機動性好、智能化、運行和維護費用低等優點，作為人類在海洋活動中，特別是深海活動中的重要替代者和執行者，已被廣泛應用于科學考察、深海作業等領域。

UUV的研制是一項綜合性極強的復雜系統工程，而UUV總體綜合優化設計是其研制工程的核心和關鍵，在UUV的設計建造的過程中起著主導作用。運用系統工程的思想和方法，通過減振降噪設計、航行性能設計、可靠性和維修性設計、全壽命周期費用的合理設計等，綜合平衡各種設計要素，建造出先進實用的UUV，是總體優化設計的基本任務。

目前從各國UUV艇型設計方案看，雖然開架式、多體式等多種結構形式已應用于UUV 的設計中，但空間利用率高、阻力小、速度高、制造工藝簡單的流線型回轉體結構仍是各國 UUV設計者的首選。目前，國內外的諸多高校及科研機構都在多學科、多目標綜合優化設計領域進行了相應的研究，并初步應用到了實際工程的問題中。在UUV設計的實際工程中，海洋結構物設計的優化問題一般是按照順序方式處理的，并未充分考慮各學科之間的相互聯系，所以傳統的海洋結構物優化設計得到的結果往往是局部最優解，而并非全局最優解，特別是當UUV的置空率，也就是航行器體內無效體積或航行器全排水體積過高時會降低UUV 的總體工作性能，因此，建立一種正確適用的數學模型、構造一種可靠穩定的優化方法、降低UUV置空率達到最優是目前行業中亟需解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠解決多目標、多約束、多變量的實際UUV綜合性能問題且實現典型UUV結構、性能以及UUV置空率的綜合優化的基于NSGA-II算法的降低UUV 置空率的優化方法。

本發明的目的是這樣實現的：

對于一種基于NSGA-II算法的降低UUV置空率的優化方法，其主要實施步驟如下：

(1)建立UUV的多學科優化模型，明確優化目標函數，將UUV的總體設計進行子系統分解，完成UUV的模型設計；

(2)確定多學科優化設計問題中包含的連續變量、離散變量，計算出目標函數，規定約束條件；

(3)基于NSGA-II算法，根據步驟(2)中的多學科優化設計對航行器進行多學科優化，得到UUV置空率的最優結果。

對于一種基于NSGA-II算法的降低UUV置空率的優化方法，步驟(1)的具體實施方式如下：

(1.1)規劃UUV的總體布置：計算出UUV的重力、重心、浮力和浮心，并使其滿足平衡條件；

(1.2)確定UUV構型方案，優化載體型線，明確UUV構型中需優化的各目標函數；

(1.3)確定UUV的能源系統優化方案：使用鋰離子電池，在基本鋰離子電池確定后優化能源系統的續航時間、能源艙體積、重量與成本。

對于一種基于NSGA-II算法的降低UUV置空率的優化方法，步驟(1.1)中所述的重力等于浮力，重心與浮心具有相同的橫向、縱向坐標；航行器的總重力是艇上各部分重力的總和，包括結構重量、設備重量、有效載荷、浮力材料重量等。