小型高速水面无人艇航行性能综合.doc
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小型高速水面无人艇航行性能综合,摘要本文以典型高速单体和三体无人艇为基础，根据一些实船的资料和相关经验公式并结合高速无人艇的特点，探讨了高速无人艇航行性能的综合优化设计。首先依次建立了高速单体无人艇快速性优化、操纵性优化、耐波性优化的数学模型，并包括了这三个方面的优化变量、目标函数和约束条件。在选择算法方面，本文选择了遗传算法作为优化算法，并利用c+...
内容介绍
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摘 要
本文以典型高速单体和三体无人艇为基础，根据一些实船的资料和相关经验公式并结合高速无人艇的特点，探讨了高速无人艇航行性能的综合优化设计。
首先依次建立了高速单体无人艇快速性优化、操纵性优化、耐波性优化的数学模型，并包括了这三个方面的优化变量、目标函数和约束条件。在选择算法方面，本文选择了遗传算法作为优化算法，并利用C++语言对其编制了高速单体无人艇航行性能综合优化的程序。大量的计算数据表明：遗传算法在多目标、多约束和多变量的工程问题上有很好的使用价值。
其次根据高速三体无人艇的特点，确定了其快速性优化的数学模型。根据拖曳阻力试验数据，编制了剩余阻力系数计算程序，并在此基础上对高速三体无人艇的快速性能进行了综合优化计算。
最后讨论了两套程序的优化稳定代数，分析了高速单体无人艇航行性能的总目标函数值和高速三体无人艇快速性目标函数值随航速和排水量变化的曲线，探讨了不同权重分配对高速单体无人艇航行性能总目标函数值的影响。
通过以上的步骤，本文编制了一套高速单体无人艇航行性能综合优化程序和一套高速三体无人艇快速性综合优化程序，通过大量计算，说明程序稳定可靠，为高速单体无人艇初步设计提供了一个参考平台。
关键词：高速无人艇；航行性能；综合优化；遗传算法
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 录
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 课题的目的与意义 2
1.3 国内外研究动态及水平 2
1.4 本文的主要研究内容 6
第2章 高速单体无人艇航行性能综合优化数学模型 8
2.1 引言 8
2.2 设计变量 8
2.3 各性能目标函数 9
2.4 约束条件 17
2.5 总目标函数 20
2.6 本章小结 20
第3章 高速三体无人艇快速性综合优化数学模型 21
3.1 引言 21
3.2 设计变量 22
3.3 目标函数 22
3.4 约束条件 25
3.5 本章小结 25
第4章 优化设计原理与算法选择 26
4.1 引言 26
4.1.1 优化设计的数学模型 26
4.1.2 优化设计的迭代过程及终止准则 27
4.2 现代优化算法 30
4.3 遗传算法 34
4.3.1 遗传算法基本概念 34
4.3.2 遗传算法的主要过程 35
4.4 本章小结 37
第5章 高速无人艇综合优化计算结果分析 38
5.1 引言 38
5.2 优化方案设计 38
5.3 高速单体无人艇航行性能综合优化结果分析 42
5.3.1 优化计算 42
5.3.2 优化稳定代数分析 44
5.3.3 总目标函数值随速度变化的曲线 44
5.3.4 总目标函数值随排水量变化的曲线 45
5.3.5 总目标函数值在不同权重下的分析 46
5.4 高速三体无人艇快速性综合优化结果分析 47
5.4.1 优化计算 47
5.4.2 优化稳定代数分析 48
5.4.3 快速性目标函数值随速度变化曲线 49
5.4.4 快速性目标函数值随排水量变化的曲线 50
5.5 本章小结 50
第6章 总结与展望 52
6.1 本课题的总结 52
6.1.1 基于遗传算法的高速单体无人艇航行性能综合优化研究成果 52
6.1.2 基于遗传算法的高速三体无人艇快速性综合优化研究成果 52
6.1.3 对优化计算所得数据进行分析的研究成果 52
6.2 进一步研究的建议 53
参考文献 54
附录 小型高速单体无人艇航行性能综合优化计算结果 58
本文以典型高速单体和三体无人艇为基础，根据一些实船的资料和相关经验公式并结合高速无人艇的特点，探讨了高速无人艇航行性能的综合优化设计。
首先依次建立了高速单体无人艇快速性优化、操纵性优化、耐波性优化的数学模型，并包括了这三个方面的优化变量、目标函数和约束条件。在选择算法方面，本文选择了遗传算法作为优化算法，并利用C++语言对其编制了高速单体无人艇航行性能综合优化的程序。大量的计算数据表明：遗传算法在多目标、多约束和多变量的工程问题上有很好的使用价值。
其次根据高速三体无人艇的特点，确定了其快速性优化的数学模型。根据拖曳阻力试验数据，编制了剩余阻力系数计算程序，并在此基础上对高速三体无人艇的快速性能进行了综合优化计算。
最后讨论了两套程序的优化稳定代数，分析了高速单体无人艇航行性能的总目标函数值和高速三体无人艇快速性目标函数值随航速和排水量变化的曲线，探讨了不同权重分配对高速单体无人艇航行性能总目标函数值的影响。
通过以上的步骤，本文编制了一套高速单体无人艇航行性能综合优化程序和一套高速三体无人艇快速性综合优化程序，通过大量计算，说明程序稳定可靠，为高速单体无人艇初步设计提供了一个参考平台。
关键词：高速无人艇；航行性能；综合优化；遗传算法
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 录
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 课题的目的与意义 2
1.3 国内外研究动态及水平 2
1.4 本文的主要研究内容 6
第2章 高速单体无人艇航行性能综合优化数学模型 8
2.1 引言 8
2.2 设计变量 8
2.3 各性能目标函数 9
2.4 约束条件 17
2.5 总目标函数 20
2.6 本章小结 20
第3章 高速三体无人艇快速性综合优化数学模型 21
3.1 引言 21
3.2 设计变量 22
3.3 目标函数 22
3.4 约束条件 25
3.5 本章小结 25
第4章 优化设计原理与算法选择 26
4.1 引言 26
4.1.1 优化设计的数学模型 26
4.1.2 优化设计的迭代过程及终止准则 27
4.2 现代优化算法 30
4.3 遗传算法 34
4.3.1 遗传算法基本概念 34
4.3.2 遗传算法的主要过程 35
4.4 本章小结 37
第5章 高速无人艇综合优化计算结果分析 38
5.1 引言 38
5.2 优化方案设计 38
5.3 高速单体无人艇航行性能综合优化结果分析 42
5.3.1 优化计算 42
5.3.2 优化稳定代数分析 44
5.3.3 总目标函数值随速度变化的曲线 44
5.3.4 总目标函数值随排水量变化的曲线 45
5.3.5 总目标函数值在不同权重下的分析 46
5.4 高速三体无人艇快速性综合优化结果分析 47
5.4.1 优化计算 47
5.4.2 优化稳定代数分析 48
5.4.3 快速性目标函数值随速度变化曲线 49
5.4.4 快速性目标函数值随排水量变化的曲线 50
5.5 本章小结 50
第6章 总结与展望 52
6.1 本课题的总结 52
6.1.1 基于遗传算法的高速单体无人艇航行性能综合优化研究成果 52
6.1.2 基于遗传算法的高速三体无人艇快速性综合优化研究成果 52
6.1.3 对优化计算所得数据进行分析的研究成果 52
6.2 进一步研究的建议 53
参考文献 54
附录 小型高速单体无人艇航行性能综合优化计算结果 58
