[發明專利]一種基于改進烏鴉算法的AUV外形優化方法

有效

• 申請號: 202011149094.0
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112307559B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 王鵬;譚國潘;董華超;宋保維;李天博
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06N3/00;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種基于改進烏鴉算法的AUV外形優化方法，將AUV的主體外形設計分為三個部分，艏部曲線、中部曲線和艉部曲線段；利用該數學模型通過6個參數控制AUV的外形，經過流體計算得到阻力系數的值，用改進后的烏鴉算法對6個參數進行迭代尋優，找到最優化的6個控制參數。本發明在設計空間內，基于阻力系數，能夠找到更優化的AUV外形。相比于傳統的烏鴉算法，引入了基于反對的學習策略，加強了局部搜索的能力，在設計空間內，基于阻力系數，能夠找到更優化的外形。與傳統的烏鴉算法相比，引入了另一個小參數，保留了烏鴉隨機飛行的能力，增加了種群的多樣性，能夠避免優化陷入局部的最優，得到更好的優化結果。

技術領域

本發明屬于水下航行器領域，涉及一種基于改進烏鴉算法的AUV外形優化方法。

背景技術

無人自主水下航行器(AUV)是一種新型的智能化的水下機器人，具有自主性強、機動高等優點。早期廣泛運用于軍事領域，主要用于水下排雷、監測以及目標跟蹤等。隨著相關技術的發展，應用的范圍越來越廣泛，在海底資源勘探、海底地形環境調查、海洋國防戰略等方面有著廣闊的前景。AUV的一般外形采用回轉體的設計，設計的方法主要是曲線族法，但是設計周期長，比較耗時。隨著對AUV性能要求的不斷提高，為了滿足AUV長時間，大范圍的工作要求，提高優化的效率以及精度，優化具有更低阻力的AUV外形是具有現實意義的。

外形參數化，就是通過控制一定數量的獨立的參數來描述外形或者外形的變化。能夠以良好的數學形態，解析地表示光滑的真實外形。參數化的好壞，決定了設計空間的完備性以及優化設計的效率以及優化設計結果的好壞，本發明引用以及成熟的Myring外形參數化，只選取6個參數控制AUV外形，參數較少，而且簡單直觀，每一個參數都有具體的物理意義，或和外形的重要特征相關。

群體智能優化算法，主要是模擬昆蟲、獸群和鳥群等群體的行為，抽象出來的一些算法；這些群體按照一定的合作方式，進行尋找食物等行為，相互之間有學習交流的行為，能夠更快地找到食物等。近年來用的比較多的類似：粒子群優化算法、螞蟻算法以及灰狼算法等。這些算法在電子、通信、自動化、本文的烏鴉算法也屬于群體智能優化算法的一種，模仿的烏鴉的儲藏食物的行為，以及烏鴉相互之間偷竊跟蹤的行為。改進后的烏鴉算法，加強了局部搜索的能力，能找到更優化的外形。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種基于改進烏鴉算法的AUV外形優化方法，參考了現有的常用的AUV的外形設計數學模型，以阻力小，能耗低的Myring外形出發，進行優化計算，系統描述了改進后的烏鴉算法，以及應用于AUV的外形優化設計的具體步驟。

技術方案

一種基于改進烏鴉算法的AUV外形優化方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、建立AUV的外形設計數學模型：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；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阻力計算：AUV所受阻力為摩擦阻力和壓差阻力，二者阻力系數的和為AUV阻力系數；

C＝C_B+C_D

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