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一种无人翼滑艇艇型的设计技术研究
| 论文题名： | 一种无人翼滑艇艇型的设计技术研究 |
| 关键词： | 无人翼滑艇;艇型设计;多目标优化法;系统辨识;航行控制 |
| 摘要： | 近年以来,水面高速无人艇以其独特的功能特点受到各国的重视与发展。但是,对水面无人艇的研究集中在模块化功能研究和智能化研究,在艇型设计方法方面仍大多采用传统的艇型设计方法,即通过选型论证,经过反复的计算、修改而实现,不但设计周期长,而且依赖经验判断,常常得不到真正的最优解。本文以5.8米翼滑艇为基础,针对无人艇应用,探讨了利用多目标优化的方法进行无人翼滑艇艇型优化设计研究,主要工作如下: 首先利用多目标优化的方法,针对无人艇应用,利用5.8M翼滑艇母型船资料,通过理论分析和实船实验数据回归建立了无人翼滑艇水动力分析数学模型和航行性能综合优化目标函数。随后对优化算法进行了分析研究,选择遗传算法、复合形法和分层并行算法作为本文优化计算的基础算法,对复合形法进行改进,基于上述三种基础算法构造了多种分层并行复合算法,基于C++编写了无人翼滑艇航行性能综合优化程序,同时对无人翼滑艇快速性、操纵性和抗倾覆性能进行多目标综合优化。 利用综合优化程序进行大量计算,对构造的多种优化算法效率进行分析,最后选定分层并行复合形遗传算法作为本文最终优化算法,经优化计算得出综合性能最优的无人翼滑艇主尺度、艇型参数、推进系统的几何及运动学参数等参数,并利用该算法探讨了不同目标函数权重分配和不同目标函数选择对优化结果的影响。 利用优化计算得到的最优参数设计并制作了无人翼滑艇模型,搭建了一套以PAC为控制核心的航行控制和运动测试系统,设计并进行了基于自控自航船模的航行性能实验。 利用系统辨识的相关理论知识,构造了结合最小二乘法的遗传算法系统辨识方法对实验数据进行辨识计算,确定了无人翼滑艇运动数学模型,可对无人翼滑艇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,证明了该套通过实验研究无人翼滑艇航行性能的系统辨识方法的可靠性。对辨识模型分析认为该无人翼滑艇模型航行性能优良,从另一方面证明了该套艇型优化设计方法的可靠性。 本文为无人艇艇型设计提供一种新的优化设计方法,也为无人翼滑艇航行性能试验研究提供一套基于系统辨识的分析方法,为水面高速无人艇初步设计提供了基础平台。 |
| 作者： | 文逸彦 |
| 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： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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