一種全綠色能源SWATH-USV艇型初步綜合優(yōu)化分析.pdf

1、近年來，水面無人艇的用途越來越廣泛，國內(nèi)外都在密切關(guān)注其發(fā)展動態(tài)，世界各國紛紛對無人艇的性能展開大量研究，其艇型設(shè)計與水動力性能分析更是研究重點，具體表現(xiàn)為水面無人艇的快速性、操縱性、耐波性等方面。與此同時，綠色船舶技術(shù)也是船舶行業(yè)能否做到可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，已經(jīng)成為造船業(yè)改革創(chuàng)新的重要技術(shù)手段。把綠色船舶技術(shù)和水面無人艇設(shè)計相結(jié)合，對無人艇的航行性能進(jìn)行綜合優(yōu)化，可以減少船舶設(shè)計周期、提高無人艇航行性能，節(jié)約不可再生能源，已然成為水面無

2、人艇未來發(fā)展新趨勢。
　　本文設(shè)計了一種小水線面雙體無人艇，并在艇體首部加裝了水翼，綜合考慮其快速性、操縱性、耐波性和綠色能源系統(tǒng)，建立了此類雙體無人艇性能綜合優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，將數(shù)學(xué)模型與智能優(yōu)化算法相結(jié)合，設(shè)計并編寫出適用于該雙體無人艇的綜合優(yōu)化程序。根據(jù)優(yōu)化后的主尺度，設(shè)計并制作了該雙體無人艇模型，進(jìn)行了操縱性和耐波性試驗，并結(jié)合基于優(yōu)化的系統(tǒng)辨識方法設(shè)計出操縱和搖蕩辨識軟件，對該雙體無人艇未來的航行參數(shù)進(jìn)行預(yù)報。主要研究工作及

3、成果總結(jié)如下：
　?。?）詳細(xì)的研究了各個優(yōu)化算法，包括遺傳算法、混沌算法、粒子群算法、復(fù)合型算法的優(yōu)化原理、優(yōu)化流程和特點，結(jié)合分層、并行等算法改進(jìn)策略來提高算法的尋優(yōu)性能。
　　（2）建立了雙體無人艇快速性、操縱性、耐波性和綠色能源系統(tǒng)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，構(gòu)造該類無人艇綜合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合約束條件設(shè)計懲罰函數(shù)，最終完成性能綜合優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。
　?。?）結(jié)合幾種智能優(yōu)化算法的特點，用C＃語言編制了遺傳算法、粒子群算法、混

4、沌算法和復(fù)合型算法綜合優(yōu)化程序，同時結(jié)合分層、并行等改進(jìn)策略來提高優(yōu)化精度。使用設(shè)計編寫的優(yōu)化軟件進(jìn)行優(yōu)化計算，研究不同算法及策略的優(yōu)劣。大量的計算結(jié)果表明，針對本文數(shù)學(xué)模型，單一算法中，粒子群算法優(yōu)于改進(jìn)遺傳算法，優(yōu)于復(fù)合型算法，優(yōu)于混沌算法；加入分層策略和并行策略可以有效的提高算法的搜索性能。本文中分層改進(jìn)遺傳算法優(yōu)化結(jié)果最好，運用這種優(yōu)化算法計算，得到兩個不同噸位的小水線面雙體無人艇的最佳優(yōu)化主尺度及相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而推薦一種最佳艇型

5、方案。
　?。?）根據(jù)優(yōu)化后的主尺度和參數(shù)，結(jié)合母型船型線，完成了小水線面雙體無人艇模型的設(shè)計和制作，首先制作主艇體和水翼，而后完成艇模的推進(jìn)系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)的設(shè)計與安裝，并搭載一套以PAC（可編程自動化控制器）為控制核心的智能控制系統(tǒng)。
　　（5）開展SWATH-USV模型試驗研究，包括回轉(zhuǎn)試驗、橫搖試驗、縱搖試驗，并基于系統(tǒng)辨識理論和多種優(yōu)化算法的程序設(shè)計思想，設(shè)計編寫了該雙體船回轉(zhuǎn)運動、橫搖運動、縱搖運動的系統(tǒng)辨識軟件，