小型高速水面無人艇航行性能綜合.doc
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小型高速水面無人艇航行性能綜合,摘要本文以典型高速單體和三體無人艇為基礎(chǔ)，根據(jù)一些實(shí)船的資料和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式并結(jié)合高速無人艇的特點(diǎn)，探討了高速無人艇航行性能的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先依次建立了高速單體無人艇快速性優(yōu)化、操縱性優(yōu)化、耐波性優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，并包括了這三個(gè)方面的優(yōu)化變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件。在選擇算法方面，本文選擇了遺傳算法作為優(yōu)化算法，并利用c+...
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摘 要
本文以典型高速單體和三體無人艇為基礎(chǔ)，根據(jù)一些實(shí)船的資料和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式并結(jié)合高速無人艇的特點(diǎn)，探討了高速無人艇航行性能的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)。
首先依次建立了高速單體無人艇快速性優(yōu)化、操縱性優(yōu)化、耐波性優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，并包括了這三個(gè)方面的優(yōu)化變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件。在選擇算法方面，本文選擇了遺傳算法作為優(yōu)化算法，并利用C++語言對(duì)其編制了高速單體無人艇航行性能綜合優(yōu)化的程序。大量的計(jì)算數(shù)據(jù)表明：遺傳算法在多目標(biāo)、多約束和多變量的工程問題上有很好的使用價(jià)值。
其次根據(jù)高速三體無人艇的特點(diǎn)，確定了其快速性優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)拖曳阻力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，編制了剩余阻力系數(shù)計(jì)算程序，并在此基礎(chǔ)上對(duì)高速三體無人艇的快速性能進(jìn)行了綜合優(yōu)化計(jì)算。
最后討論了兩套程序的優(yōu)化穩(wěn)定代數(shù)，分析了高速單體無人艇航行性能的總目標(biāo)函數(shù)值和高速三體無人艇快速性目標(biāo)函數(shù)值隨航速和排水量變化的曲線，探討了不同權(quán)重分配對(duì)高速單體無人艇航行性能總目標(biāo)函數(shù)值的影響。
通過以上的步驟，本文編制了一套高速單體無人艇航行性能綜合優(yōu)化程序和一套高速三體無人艇快速性綜合優(yōu)化程序，通過大量計(jì)算，說明程序穩(wěn)定可靠，為高速單體無人艇初步設(shè)計(jì)提供了一個(gè)參考平臺(tái)。
關(guān)鍵詞：高速無人艇；航行性能；綜合優(yōu)化；遺傳算法
Abstract
This paper in typical high-speed monohull and trimaran USV as the foundation, according to some of the material and related experience analysis formulas and combined with the characteristics of the high-speed USV, discusses the performance of high-speed USV navigation comprehensive optimization design.
First established in high-speed monohull USV rapidity optimization, improved reliability optimization and wave resistance optimization of the mathematical models, and also includes the three aspects of the optimization variables, target function and constraints. This paper chose genetic algorithm as the optimized algorithm, and use of the C++ language of high-speed monohull USV navigation performance comprehensive optimization program. A lot of calculations data indicate that the genetic algorithm in multiple targets, and the constraint variables on engineering problems have very good use value.
Second according to the characteristics of high-speed trimaran USV, I decided its rapidity mathematical model of optimization. According to drag resistance test data, I compiled the residual resistance factor calculation programs, and on the basis of high-speed trimaran USV rapidity performance of comprehensive optimization calculation.
Finally I discussed the two sets of optimization program’s stability algebra, analyzes high-speed monohull USV sailing performance general objective function values and high-speed trimaran USV rapidity objective function values with the speed and displacement of changes the curves, this paper discusses the different weight distribution of high-speed monohull USV navigation performance general objective function values influence.
Through the above steps, I compiled a set of high-speed monohull USV navigation performance comprehensive optimization program and a set of high-speed trimaran USV rapidity comprehensive optimization program, through a large number of results show that the programs are stable and reliable. This paper provides a reference platform for high-speed USV’s preliminary design.
Key words: high-speed USV; navigation performance; comprehensive optimization; genetic algorithm
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 課題的目的與意義 2
1.3 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)及水平 2
1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容 6
第2章 高速單體無人艇航行性能綜合優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 8
2.1 引言 8
2.2 設(shè)計(jì)變量 8
2.3 各性能目標(biāo)函數(shù) 9
2.4 約束條件 17
2.5 總目標(biāo)函數(shù) 20
2.6 本章小結(jié) 20
第3章 高速三體無人艇快速性綜合優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 21
3.1 引言 21
3.2 設(shè)計(jì)變量 22
3.3 目標(biāo)函數(shù) 22
3.4 約束條件 25
3.5 本章小結(jié) 25
第4章 優(yōu)化設(shè)計(jì)原理與算法選擇 26
4.1 引言 26
4.1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型 26
4.1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的迭代過程及終止準(zhǔn)則 27
4.2 現(xiàn)代優(yōu)化算法 30
4.3 遺傳算法 34
4.3.1 遺傳算法基本概念 34
4.3.2 遺傳算法的主要過程 35
4.4 本章小結(jié) 37
第5章 高速無人艇綜合優(yōu)化計(jì)算結(jié)果分析 38
5.1 引言 38
5.2 優(yōu)化方案設(shè)計(jì) 38
5.3 高速單體無人艇航行性能綜合優(yōu)化結(jié)果分析 42
5.3.1 優(yōu)化計(jì)算 42
5.3.2 優(yōu)化穩(wěn)定代數(shù)分析 44
5.3.3 總目標(biāo)函數(shù)值隨速度變化的曲線 44
5.3.4 總目標(biāo)函數(shù)值隨排水量變化的曲線 45
5.3.5 總目標(biāo)函數(shù)值在不同權(quán)重下的分析 46
5.4 高速三體無人艇快速性綜合優(yōu)化結(jié)果分析 47
5.4.1 優(yōu)化計(jì)算 47
5.4.2 優(yōu)化穩(wěn)定代數(shù)分析 48
5.4.3 快速性目標(biāo)函數(shù)值隨速度變化曲線 49
5.4.4 快速性目標(biāo)函數(shù)值隨排水量變化的曲線 50
5.5 本章小結(jié) 50
第6章 總結(jié)與展望 52
6.1 本課題的總結(jié) 52
6.1.1 基于遺傳算法的高速單體無人艇航行性能綜合優(yōu)化研究成果 52
6.1.2 基于遺傳算法的高速三體無人艇快速性綜合優(yōu)化研究成果 52
6.1.3 對(duì)優(yōu)化計(jì)算所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的研究成果 52
6.2 進(jìn)一步研究的建議 53
參考文獻(xiàn) 54
附錄 小型高速單體無人艇航行性能綜合優(yōu)化計(jì)算結(jié)果 58
本文以典型高速單體和三體無人艇為基礎(chǔ)，根據(jù)一些實(shí)船的資料和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式并結(jié)合高速無人艇的特點(diǎn)，探討了高速無人艇航行性能的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)。
首先依次建立了高速單體無人艇快速性優(yōu)化、操縱性優(yōu)化、耐波性優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，并包括了這三個(gè)方面的優(yōu)化變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件。在選擇算法方面，本文選擇了遺傳算法作為優(yōu)化算法，并利用C++語言對(duì)其編制了高速單體無人艇航行性能綜合優(yōu)化的程序。大量的計(jì)算數(shù)據(jù)表明：遺傳算法在多目標(biāo)、多約束和多變量的工程問題上有很好的使用價(jià)值。
其次根據(jù)高速三體無人艇的特點(diǎn)，確定了其快速性優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)拖曳阻力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，編制了剩余阻力系數(shù)計(jì)算程序，并在此基礎(chǔ)上對(duì)高速三體無人艇的快速性能進(jìn)行了綜合優(yōu)化計(jì)算。
最后討論了兩套程序的優(yōu)化穩(wěn)定代數(shù)，分析了高速單體無人艇航行性能的總目標(biāo)函數(shù)值和高速三體無人艇快速性目標(biāo)函數(shù)值隨航速和排水量變化的曲線，探討了不同權(quán)重分配對(duì)高速單體無人艇航行性能總目標(biāo)函數(shù)值的影響。
通過以上的步驟，本文編制了一套高速單體無人艇航行性能綜合優(yōu)化程序和一套高速三體無人艇快速性綜合優(yōu)化程序，通過大量計(jì)算，說明程序穩(wěn)定可靠，為高速單體無人艇初步設(shè)計(jì)提供了一個(gè)參考平臺(tái)。
關(guān)鍵詞：高速無人艇；航行性能；綜合優(yōu)化；遺傳算法
Abstract
This paper in typical high-speed monohull and trimaran USV as the foundation, according to some of the material and related experience analysis formulas and combined with the characteristics of the high-speed USV, discusses the performance of high-speed USV navigation comprehensive optimization design.
First established in high-speed monohull USV rapidity optimization, improved reliability optimization and wave resistance optimization of the mathematical models, and also includes the three aspects of the optimization variables, target function and constraints. This paper chose genetic algorithm as the optimized algorithm, and use of the C++ language of high-speed monohull USV navigation performance comprehensive optimization program. A lot of calculations data indicate that the genetic algorithm in multiple targets, and the constraint variables on engineering problems have very good use value.
Second according to the characteristics of high-speed trimaran USV, I decided its rapidity mathematical model of optimization. According to drag resistance test data, I compiled the residual resistance factor calculation programs, and on the basis of high-speed trimaran USV rapidity performance of comprehensive optimization calculation.
Finally I discussed the two sets of optimization program’s stability algebra, analyzes high-speed monohull USV sailing performance general objective function values and high-speed trimaran USV rapidity objective function values with the speed and displacement of changes the curves, this paper discusses the different weight distribution of high-speed monohull USV navigation performance general objective function values influence.
Through the above steps, I compiled a set of high-speed monohull USV navigation performance comprehensive optimization program and a set of high-speed trimaran USV rapidity comprehensive optimization program, through a large number of results show that the programs are stable and reliable. This paper provides a reference platform for high-speed USV’s preliminary design.
Key words: high-speed USV; navigation performance; comprehensive optimization; genetic algorithm
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 課題的目的與意義 2
1.3 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)及水平 2
1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容 6
第2章 高速單體無人艇航行性能綜合優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 8
2.1 引言 8
2.2 設(shè)計(jì)變量 8
2.3 各性能目標(biāo)函數(shù) 9
2.4 約束條件 17
2.5 總目標(biāo)函數(shù) 20
2.6 本章小結(jié) 20
第3章 高速三體無人艇快速性綜合優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 21
3.1 引言 21
3.2 設(shè)計(jì)變量 22
3.3 目標(biāo)函數(shù) 22
3.4 約束條件 25
3.5 本章小結(jié) 25
第4章 優(yōu)化設(shè)計(jì)原理與算法選擇 26
4.1 引言 26
4.1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型 26
4.1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的迭代過程及終止準(zhǔn)則 27
4.2 現(xiàn)代優(yōu)化算法 30
4.3 遺傳算法 34
4.3.1 遺傳算法基本概念 34
4.3.2 遺傳算法的主要過程 35
4.4 本章小結(jié) 37
第5章 高速無人艇綜合優(yōu)化計(jì)算結(jié)果分析 38
5.1 引言 38
5.2 優(yōu)化方案設(shè)計(jì) 38
5.3 高速單體無人艇航行性能綜合優(yōu)化結(jié)果分析 42
5.3.1 優(yōu)化計(jì)算 42
5.3.2 優(yōu)化穩(wěn)定代數(shù)分析 44
5.3.3 總目標(biāo)函數(shù)值隨速度變化的曲線 44
5.3.4 總目標(biāo)函數(shù)值隨排水量變化的曲線 45
5.3.5 總目標(biāo)函數(shù)值在不同權(quán)重下的分析 46
5.4 高速三體無人艇快速性綜合優(yōu)化結(jié)果分析 47
5.4.1 優(yōu)化計(jì)算 47
5.4.2 優(yōu)化穩(wěn)定代數(shù)分析 48
5.4.3 快速性目標(biāo)函數(shù)值隨速度變化曲線 49
5.4.4 快速性目標(biāo)函數(shù)值隨排水量變化的曲線 50
5.5 本章小結(jié) 50
第6章 總結(jié)與展望 52
6.1 本課題的總結(jié) 52
6.1.1 基于遺傳算法的高速單體無人艇航行性能綜合優(yōu)化研究成果 52
6.1.2 基于遺傳算法的高速三體無人艇快速性綜合優(yōu)化研究成果 52
6.1.3 對(duì)優(yōu)化計(jì)算所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的研究成果 52
6.2 進(jìn)一步研究的建議 53
參考文獻(xiàn) 54
附錄 小型高速單體無人艇航行性能綜合優(yōu)化計(jì)算結(jié)果 58
