[發(fā)明專利]一種基于改進(jìn)烏鴉算法的AUV外形優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011149094.0
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112307559B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鵬;譚國潘;董華超;宋保維;李天博
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06N3/00;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 西安凱多思知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

1.一種基于改進(jìn)烏鴉算法的AUV外形優(yōu)化方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、建立AUV的外形設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型：采用阻力小，能耗低的Myring外形

其中，a為艏部長度，b為中部長度，c為艉部長度，d為中部直徑，θ為艉部包角，m為Myring系數(shù)；r1、r2以及r3分別是Myring外形的艏部曲線方程、中部曲線方程以及艉部曲線方程；

步驟2、AUV阻力計(jì)算：AUV所受阻力為摩擦阻力和壓差阻力，二者阻力系數(shù)的和為AUV阻力系數(shù)；

C＝C_B+C_D

C_D＝C_f[1+1.5f^3/2+7f³+0.002(C_p-0.6)]

其中，C即為所求的阻力系數(shù)和，C_B為壓差阻力系數(shù)，C_D為摩擦阻力系數(shù)；f為長徑比，Cf為摩擦阻力系數(shù)，C_P為棱形系數(shù)，Re為雷諾數(shù)，V為AUV的排水體積，L為長度，ρ為海水密度，V_A為AUV速度，u為動(dòng)力粘性系數(shù)，d_b艉部曲線段后端面直徑，Ss為濕表面積，

步驟3：以a、b、c、d、θ、m表示AUV的外形的6個(gè)參數(shù)，進(jìn)行AUV外形的參數(shù)化，采用MATLAB對AUV外形進(jìn)行三維建模，以AUV阻力系數(shù)和C為目標(biāo)函數(shù)；

步驟4：通過改進(jìn)烏鴉算法進(jìn)行迭代循環(huán)，直到達(dá)到最優(yōu)條件，步驟為：

1)初始化問題以及兩個(gè)參數(shù)fl和AP：

初始化烏鴉的位置以及記憶：在設(shè)計(jì)可行空間內(nèi)，對6個(gè)變量a、b、c、d、θ、m進(jìn)行隨機(jī)采樣，記錄為烏鴉藏食物的當(dāng)前記憶位置，然后利用參數(shù)化過程，建立AUV的三維模型，并進(jìn)行CFD計(jì)算，得到目標(biāo)函數(shù)值即阻力系數(shù)的值；

2)烏鴉跟蹤其他烏鴉行為：

6個(gè)設(shè)計(jì)變量的更新公式為：

x^i,iter+1＝x^i,iter+r_i×fl^i,iter×(m^j,iter-x^i,iter)r_i≥AP

x^i,iter+1＝x^i,iter+r_i×fl^i,iter×(x^i,iter-m^j,iter)r_i≤AP

其中，ri是隨機(jī)產(chǎn)生的一個(gè)0到1之間的隨機(jī)數(shù)，用于和AP值進(jìn)行比較；x為進(jìn)化過程中的設(shè)計(jì)變量組合、m為記錄了6個(gè)設(shè)計(jì)變量目前得到的阻力系數(shù)值最小的變量組合；設(shè)計(jì)變量的組合每次隨機(jī)選擇一個(gè)記錄的最優(yōu)設(shè)計(jì)變量的組合向其靠攏，fl就是烏鴉每次飛行的距離，AP是烏鴉的感知概率；

3)邊界處理：對參數(shù)的更新超出了設(shè)計(jì)空間的變量，采用設(shè)計(jì)空間變量的邊界值附近的值，設(shè)定為每個(gè)參數(shù)的當(dāng)前值；對超出上邊界的烏鴉，給其一個(gè)上半空間的隨機(jī)位置，超出下邊界的同理；

其中，upper和lower是參數(shù)的上、下界；

4)保持種群的多樣性，引入另外的一個(gè)小參數(shù)ap，當(dāng)一個(gè)隨機(jī)值rand大于它時(shí)采用基于反對的學(xué)習(xí)策略，當(dāng)小于它時(shí)，對6個(gè)參數(shù)在設(shè)計(jì)空間內(nèi)隨機(jī)取值；

5)引入一個(gè)結(jié)果反饋機(jī)制：當(dāng)目標(biāo)函數(shù)阻力系數(shù)的值不再減小時(shí)，減小參數(shù)ap的值，對當(dāng)前記錄的6個(gè)變量的阻力系數(shù)最小的值所在的空間，加強(qiáng)局部搜索，以找到更優(yōu)的外形阻力系數(shù)值。