无人艇布局优化方法研究与探索

发布时间：2017-05-15 06:04

  本文关键词：无人艇布局优化方法研究与探索，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：海上高速无人艇具有十分重要的军事价值，，能够完成监视、情报收集、侦察、武、扫雷、装保护反潜和精确打击的任务。然而无人艇在执行任务时的可能会应对恶劣的海况、多变的运动状态，对自主控制的无人艇而言，其安全性能存在巨大挑战。提高稳性性能，避免海上无人艇高航速状态下的倾覆，是其他功能得以实施的重要保证。而当无人艇意外倾覆后，使其在有限的外界干扰或主动措施作用下恢复到正浮状态，直接关系到无人艇的生命力和战斗力。本文从总体布局优化的角度研究了无人艇外形特征和布局方案对于其抗倾覆性能和浮态自恢复性能的的影响，主要工作有： 1对于粒子群算法的改进方法进行了研究，从参数改进和社会关系邻域改进两个方面对于基本粒子群算法进行改进，将改进之后的粒子群算法应用于四个典型的多目标优化问题，效果良好，验证该算法的可行性； 2使用了最小功原理计算无人艇稳性和使用MAXSURF软件计算无人艇稳性两种方法，对于两种方法的计算效果、实施的简便程度及对于后继程序的计算影响进行了对比和分析，确定了使用MAXSURF软件计算无人艇稳性的方法； 3使用外部特征参数化的方法提取出无人艇重要的外部特征，构造无人艇稳性预报的样本数据，使用HYDROMAX这一种简便的方法求解多种状态下无人艇的静水稳性，并使用BP神经网络和GRNN神经网络两种方法预报静水稳性，对于两种预报方法的预报效果和预报稳定性进行了比较，选取了非线性拟合效果较好的GRNN神经网络作为预报方法； 4解决了基于抗倾覆性能与浮态恢复性能的无人艇布局优化问题，针对无人艇布局的特点，研究了纵向函数法的思想，并构造了无人艇的外形特征，为布局优化问题的几何条件约束提供了可靠的数学表达，使用改进的多目标粒子群算法求解无人艇布局优化问题，得到了优化之后的布局方案，证明了论文中方法的可行性； 5设计并进行了无人艇高速横倾直航试验，通过对无人艇模型航行姿态、稳性的测量，调整、确定无人艇部分参数。对于无人艇的横倾直航试验进行数值模拟，为总体布局优化的进一步探索提供依据。
【关键词】：无人艇 稳性 布局优化 PSO MAXSURF 神经网络预报
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U662
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 该领域研究现状12-15
• 1.2.1 船舶静水稳性性能研究12-13
• 1.2.2 船舶浮态恢复性能研究13-14
• 1.2.3 船舶布局优化方法研究14-15
• 1.3 论文技术路线15-18
• 第2章 多目标粒子群算法的改进研究18-30
• 2.1 多目标优化问题18-20
• 2.2 基本粒子群优化算法20-22
• 2.2.1 基本原理20-21
• 2.2.2 粒子群优化算法流程21-22
• 2.3 多目标 PSO 算法22-23
• 2.4 粒子群算法的改进研究23-26
• 2.4.1 参数改进24-25
• 2.4.2 社会关系邻域改进25-26
• 2.5 算法验证26-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 无人艇的静水稳性计算30-46
• 3.1 计算大倾角稳性的基本方法30
• 3.2 最小功原理求解大倾角稳性30-40
• 3.2.1 无人艇浮性状态研究30-33
• 3.2.2 浮心求解的二次开发实现33-35
• 3.2.3 自由浮态数学模型与求解35-37
• 3.2.4 最小功原理求解静水稳性37-40
• 3.3 基于 MAXSURF 求解无人艇稳性40-43
• 3.3.1 MAXSURF 建模40-41
• 3.3.2 HYDROMAX 求解稳性41-43
• 3.4 稳性求解方法比较43-44
• 3.5 本章小结44-46
• 第4章 无人艇参数化建模与性能预报46-60
• 4.1 无人艇参数化建模46-50
• 4.1.1 多项式拟合参数化46-50
• 4.1.2 参数化建模50
• 4.2 神经网络预报无人艇稳性50-59
• 4.2.1 BP 神经网络预报无人艇稳性51-56
• 4.2.2 GRNN 神经网络预报无人艇稳性56-58
• 4.2.3 神经网络预报方法比较58-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第5章 无人艇布局优化方法60-72
• 5.1 无人艇布局优化的数学模型60-67
• 5.1.1 设计变量60-62
• 5.1.2 目标函数62-63
• 5.1.3 约束条件63-67
• 5.2 无人艇最优布局方案求解67-70
• 5.3 本章小结70-72
• 第6章 无人艇动稳性试验与数值模拟72-84
• 6.1 试验方案72-75
• 6.2 试验结果的数值模拟75-83
• 6.2.1 计算模型76
• 6.2.2 计算域的选取及边界条件的设置76
• 6.2.3 网格的划分76-77
• 6.2.4 数值模拟结果77-83
• 6.3 本章小结83-84
• 结论84-86
• 参考文献86-89
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果89-90
• 致谢90-91
• 附录91-93

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李敬阳;无人操纵帆船抗横倾系统的实验研究[D];大连海事大学;2013年

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本文编号：366989