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原文传递一种全绿色能源SWATH-USV艇型初步综合优化分析

论文题名：	一种全绿色能源SWATH-USV艇型初步综合优化分析
关键词：	水面无人艇;优化设计;SWATH-USV模型;可编程自动化控制器
摘要：	近年来，水面无人艇的用途越来越广泛，国内外都在密切关注其发展动态，世界各国纷纷对无人艇的性能展开大量研究，其艇型设计与水动力性能分析更是研究重点，具体表现为水面无人艇的快速性、操纵性、耐波性等方面。与此同时，绿色船舶技术也是船舶行业能否做到可持续发展的关键，已经成为造船业改革创新的重要技术手段。把绿色船舶技术和水面无人艇设计相结合，对无人艇的航行性能进行综合优化，可以减少船舶设计周期、提高无人艇航行性能，节约不可再生能源，已然成为水面无人艇未来发展新趋势。　　本文设计了一种小水线面双体无人艇，并在艇体首部加装了水翼，综合考虑其快速性、操纵性、耐波性和绿色能源系统，建立了此类双体无人艇性能综合优化数学模型，将数学模型与智能优化算法相结合，设计并编写出适用于该双体无人艇的综合优化程序。根据优化后的主尺度，设计并制作了该双体无人艇模型，进行了操纵性和耐波性试验，并结合基于优化的系统辨识方法设计出操纵和摇荡辨识软件，对该双体无人艇未来的航行参数进行预报。主要研究工作及成果总结如下：　　（1）详细的研究了各个优化算法，包括遗传算法、混沌算法、粒子群算法、复合型算法的优化原理、优化流程和特点，结合分层、并行等算法改进策略来提高算法的寻优性能。　　（2）建立了双体无人艇快速性、操纵性、耐波性和绿色能源系统优化数学模型，构造该类无人艇综合优化目标函数，结合约束条件设计惩罚函数，最终完成性能综合优化数学模型。　　（3）结合几种智能优化算法的特点，用C＃语言编制了遗传算法、粒子群算法、混沌算法和复合型算法综合优化程序，同时结合分层、并行等改进策略来提高优化精度。使用设计编写的优化软件进行优化计算，研究不同算法及策略的优劣。大量的计算结果表明，针对本文数学模型，单一算法中，粒子群算法优于改进遗传算法，优于复合型算法，优于混沌算法；加入分层策略和并行策略可以有效的提高算法的搜索性能。本文中分层改进遗传算法优化结果最好，运用这种优化算法计算，得到两个不同吨位的小水线面双体无人艇的最佳优化主尺度及相关参数，进而推荐一种最佳艇型方案。　　（4）根据优化后的主尺度和参数，结合母型船型线，完成了小水线面双体无人艇模型的设计和制作，首先制作主艇体和水翼，而后完成艇模的推进系统、操纵系统的设计与安装，并搭载一套以PAC（可编程自动化控制器）为控制核心的智能控制系统。　　（5）开展SWATH-USV模型试验研究，包括回转试验、横摇试验、纵摇试验，并基于系统辨识理论和多种优化算法的程序设计思想，设计编写了该双体船回转运动、横摇运动、纵摇运动的系统辨识软件，对试验结果进行了辨识计算和分析，从而得到较好的运动数学模型，可对未来的航行参数和运动姿态进行预报。分析预报值和实验值之间的相对误差，可知预报值和实验值吻合良好，证明了该系统辨识方法的可靠性。
作者：	曹雪
专业：	船舶与海洋工程
导师：	杨松林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文