[發明專利]一種船舶電傳操控系統構型優化設計方法

在審

• 申請號: 202211446660.3
• 申請日: 2022-11-18
• 公開（公告）號: CN115828548A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 孫龍飛;李志印;毛志強;晏震威;王成澤
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15;G06F111/04;G06F111/06;G06F119/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平;張宇

1.一種船舶電傳操控系統構型優化設計方法，其特征在于，包括：

(1)通過電傳操控系統約束滿足問題CSP：(X，D，C)進行電傳操控系統構型建模，根據約束C的限制，尋找出變量X在值域D中的合理取值，其中，X是電傳操控系統構型配置問題中所有可配置單元的集合，D是電傳操控系統構型配置問題中所有可配置單元的選擇域，C為作用于系統配置過程的各類約束的有限集合；

(2)采用雙字節二進制表達對構型進行描述，用數據位表示動力源，將作動器按位進行并運算，檢查位運算結果是否包含所有動力源；

(3)基于帶約束選擇回溯算法對構型進行搜索，剔除不滿足約束的構型，得到符合約束的解集；

(4)對重量、功率能耗和成本進行評估，采用銳積運算的方法對功能通道進行不交化處理計算復雜網絡可靠性；

(5)以船舶電傳操控的重量、功率能耗、成本、可靠性為研究對象，通過快速非支配排序的遺傳算法NSGA-II對符合約束的解集中的構型進行多目標優化設計，形成帕累托最優前沿解集；

(6)通過層次分析法，引入專家矩陣進行決策分析，從帕累托最優前沿解集中得出最佳系統構型。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(3)包括：

采用在傳統的直接回溯法的基礎上，采用最小約束值啟發式對構型進行搜索，剔除不滿足約束的構型，得到符合約束的解集。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，重量評估包括：

根據相似原理及經驗公式對重量進行評估。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，功率能耗評估包括：

第一種考慮全負載進行設計，第二種考慮功率能耗工作剖面進行設計，分析不同工作階段系統流量或功率能耗需求進行設計。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，成本評估包括：

考慮制造成本和維修成本。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，可靠性評估包括：

由R_S＝Pr{縱傾∩航向∩深度∩潛浮∩均衡}確定電傳操控系統功能可靠度，采用銳積運算的方法對船舶電傳操控系統所有的功能通道進行不交化處理，通過最小路理論排除蘊含項，不交化算法解算項之間的相關關系。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(5)包括：

以船舶電傳操控的重量、功率能耗、成本、可靠性為研究對象，將多目標優化問題描述為：f(A)＝{min f_W(A),min f_P(A),min f_C(A),max f_R(A)}，其中，A代表符合約束的解集，f_W(A)代表電傳操控系統的重量，f_P(A)代表電傳操控系統的功率能耗，f_C(A)代表電傳操控系統的成本，f_R(A)代表電傳操控系統的可靠性；

應用基于快速非支配排序的遺傳算法NSGA-II進行多目標優化，找到帕累托最優前沿解集。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，步驟(6)包括：

通過層次分析法在帕累托前沿解集中選擇一個最優方案，其中，基于層次分析法構建電傳操控系統三級層次結構，第一層是目標層，是電傳操控系統的最后構型設計，第二層是準則層，以重量、功率能耗和成本作為電傳操控系統多目標優化設計的評價準則，第三個層次是方案層，是通過帕累托法得到的帕累托最優前沿中的優化構型。

9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，通過層次分析法在帕累托前沿集合中選擇一個最優方案，包括：

在建立了電傳操控系統的層次結構后，根據準則層各指標間的關系構建了判斷矩陣，并確定判斷矩陣的一致性是否能夠接受，并在判斷矩陣的一致性不能夠接受時，對判斷矩陣進行調整；

計算判斷矩陣每行元素的連乘積的連乘積，及每行元素的連乘積的連乘積的n次方根，將n次方根進行歸一化，得到的歸一化向量作為各準則的權重系數；

根據各準則的權重系數對帕累托前沿解集的設計進行估計，得到電傳操控系統的最優設計方案。