[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

本發明公開了一種船舶電傳操控系統構型優化設計方法，屬于船舶機械裝置傳動技術領域，通過分析電傳操控系統性能要求，依托基于約束滿足的智能構型搜索方法，利用設計所需要遵守的約束剔除不滿足要求的設計組合，縮小系統構架解空間；將多目標優化算法與多目標決策方法相結合，應用于電傳操控系統設計與評價，以重量、功耗、成本、可靠性等為評價目標，通過多目標粒子群算法得到帕累托優化前沿解，再通過層次分析法，引入專家矩陣進行決策分析，得出最佳系統構型。設計人員可利用該方法對電傳操控系統構型進行定量分析，綜合考慮可靠性、重量、功耗、成本等評價目標，指導設計人員對電傳操控系統構型進行合理設計，形成電傳操控系統最優構型。

技術領域

本發明屬于船舶機械裝置傳動技術領域，更具體地，涉及一種船舶電傳操控系統構型優化設計方法。

背景技術

我國船舶液壓系統經過數十年發展，已形成較為固定的功率液傳模式，基本構架為“集中液壓站——總管——控制元件——用戶”。隨著未來船舶對無人化、自動化操控的發展趨勢，傳統以功率液傳為基礎的液壓傳動模式也逐步轉變為電傳動模式，形成以功率電傳、電傳控制以及電作動為核心的電傳操控系統。

功率電傳的核心原理是功率傳輸通過電纜及電能量實現，電傳控制是指船舶電傳操控系統驅動以電機為主要驅動設備，大量應用電子、信息技術，使得電機的速度、位置控制更為簡單方便，具有快速、準確、穩定的特點。電作動器是電傳操控系統終端的具體執行機構，主要包含機電作動器(Electromechanical actuation，EMA)、電動靜液作動器(Electro-Hydraulic Actuator，EHA)、電動伺服泵控單元(Electro-hydrostatic PumpUnit，EPU)等，具有高度集成化、小型化的特點，其布置更為靈活，

由于電傳操控系統負載用戶遍布全船且類型多樣，為了保證舵裝置、通海閥通氣閥等關鍵重要負載用戶的安全性可靠性，往往需要進行冗余構型配置，并兼顧功率能耗、重量等設計因素，電傳操控系統構型設計中面臨著組合爆炸和多維度評估問題。因此，需要在龐大的構型集合中找到最佳的船舶電傳操控設計方案，在能夠確保船舶安全的基礎上，電傳操控系統的可靠性、控制性能、功重比和能耗等各種指標最優。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提出了一種船舶電傳操控系統構型優化設計方法，綜合考慮可靠性、重量、功耗、成本等評價目標，指導設計人員對電傳操控系統構型進行合理設計，形成電傳操控系統最優構型。

為實現上述目的，本發明提供了一種船舶電傳操控系統構型優化設計方法，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，如系統每個舵面需要配置不同類型舵機的位置等，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(各變量論域的集合)，如每套作動器的可選擇的類型及余度等，C為作用于系統配置過程的各類約束的有限集合，如操艇控制約束、工程約束等；

(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，融合專家工程經驗，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。

在一些可選的實施方案中，步驟(3)包括：