基于多目标粒子群优化和主成分聚类分析的船舶主尺度分析

根据多个技术和经济指标进行船舶主尺度优化论证是船舶设计人员需要着重解决的问题。提出结合粒子群优化和主成分聚类两阶段的方法进行船舶主尺度论证分析。建立了以载重量、建造费用、服务航速和提供舱容为设计指标的水面船主尺度论证模型。采用多目标粒子群优化算法对船舶优化模型进行求解,获得问题的Pareto解集。使用主成分聚类分析对该数据集进行综合评价。先将Pareto解集进行主成分分析,使用前2个主成分就能够表达原始数据的绝大部分信息,再通过对主成分进行聚类,获得不同类别中Pareto解集的特征,根据第一主成分得分获得每个聚类中设计样本的排序,最终可以从Pareto解集中得到折中解。利用主成分分析和聚类技术还研究了变量在主平面上的映射以及聚类特性。给出了1艘水面船的主尺度论证算例,表明本文给出的方法合理可行。     

基于多目标粒子群算法的船舶主尺度优化设计研究

粒子群优化是一种新兴的进化计算技术。文章基于多目标粒子群优化算法讨论了船舶主尺度论证中的多目标优化和决策问题。对于多目标优化问题,采用基于Pareto占优方法的多目标粒子群算法得到最优解,然后采用距离理想解最近的方法对这些Pareto最优解给出排序。应用文中给出的两个阶段求解方法,对散装货船概念设计阶段主尺度确定的问题进行了分析。结果表明,综合多目标粒子群优化和决策技术,能够迅速、客观地选择合理的船舶主尺度,可以给设计人员提供更多的选择。这种综合方法也能够广泛用于船舶其他设计领域。     

多目标进化算法在船舶设计中的应用

针对船舶概念设计阶段船型参数优化问题,根据快速性、操纵性、舱容衡准及基于经验公式建立船舶优化数学模型,采用改进的非支配解排序的多目标进化算法（NSGA-Ⅱ）,以推进系统总效率、舰船经验系数、相对回转直径及船舶造价4个参数为优化目标,选取若干设计变量,对50 000 DWT油船进行多目标优化.数值算例表明,改进的非支配解排序的多目标进化算法能够有效、客观地选择合理的船舶主尺度参数.     

基于主成分分析法的目标价值评估

提出基于主成分分析法的目标价值评估模型及方法.主成分分析法在将原始变量转变为主成分过程中,同时形成反映主成分的权数以计算综合评估价值.这样在指标权重选择上克服了主观因素的影响,客观反映了各指标因素间的现实关系.通过引入实例,对摩步师岛上城市进攻战斗炮兵需打击的目标进行多指标综合评价,根据综合评估值对各类目标价值进行排序,为指挥员科学合理地实施火力分配提供数据支持和科学依据.     

船舶概念设计阶段多学科和多目标优化研究

船型设计之初,设计者往往会通过船舶多个学科的分析,并从很多船型方案中进行选择比较.该文基于多学科设计优化(MDO)的框架,采用多目标进化算法和决策技术的运用,讨论了船舶概念设计阶段的综合性能优化问题.将船舶总体概念设计按MDO的要求分解为系统控制层和5个子系统,考虑了排水量、综合效率、相对回转直径和造价等多目标函数,采用改进的非支配解排序的多目标进化优化算法(NSGA Ⅱ)和多学科可行解方法(MDF)求出Pareto最优解.然后用逼近理想解的排序方法(TOPSIS)对这些Pareto解进行选优.应用文中的方法,对35 000吨载重量的油船进行了概念设计分析.数值算例表明,综合多学科设计和多目标优化以及决策,能够有效、客观选择合理的船型和主尺度参数.     

主汽温PID参数整定的多目标遗传优化研究

综合考虑舰船锅炉控制系统的跟随性能、扰动抑制性能和鲁棒性能,提出一种基于多目标遗传算法和多属性决策的PID参数设计方法,采用改进非支配解排序的多目标遗传算法求出Pareto最优解。由Pareto最优解构成决策矩阵,使用客观赋权的信息熵法对最优解的属性进行权值计算,再采用逼近理想解的排序方法进行多属性决策研究,对Pareto最优解给出排序。计算某锅炉主汽温PID控制的数值算例,结果表明方法通用性良好,所设计的PID性能优异,适合工程实际应用。     

Nash均衡模型的船舶主尺度多目标优选

提出以船舶运输成本和年运货量为目标函数,建立主尺度的多目标优化模型,将设计变量集合分解为各博弈方的策略集。采用非合作Nash均衡模型,求解博弈方相对其他博弈方的最佳对策,最终获得Nash均衡模型的博弈均衡解。实例分析表明,Nash均衡优选法能快速、合理地选择船舶主尺度,并通过该算例证明该方法的有效性与可行性,拓展了船型优选的设计方案。     

船舶主尺度的模糊多目标规划设计

本文阐述了用模糊多目标规划来优化确定船舶主尺度的方法，首先提出了船舶主尺度设计中的模糊性；然后给出了确定主尺度的模糊多目标规划的数学模型，并把它转化为一系列非模糊规模求解，最后，给出了一个实船主尺度确定的算例。     

船舶系统可靠性指标分配的多目标优化方法

针对船舶系统可靠性设计问题,采用改进非支配排序遗传算法(NSGA Ⅱ)研究了可靠性指标分配中的多目标优化设计.根据Pareto最优解集形成决策矩阵,基于信息熵法得到属性权重,利用逼近理想解的排序方法(TOPSIS)进行多属性决策研究.对Pareto最优解给出排序.采用本文方法讨论了一个船舶系统可靠度的分配和预测算例,给出了可靠度和费用之间的拟合关系.数值算例表明,综合采用多目标优化和多属性决策技术,可以迅速、客观选择各部件的可靠度.这种综合方法还能用于可靠性研究的其他领域.     

多目标遗传算法在水面船舶快速性优化设计中的应用

在船舶设计中,船、机、桨的匹配问题一直是设计人员最关注的问题之一.快速性良好的船舶应使得船、主机和螺旋桨之间的性能综合匹配.通过采用改进的非支配解排序的多目标遗传算法,讨论了船舶概念设计阶段快速性优化问题.以推进系统综合效率和排水量为优化目标,考虑了混合变量的多目标优化问题.文中给出了载重量为35000t油船的快速性优化设计例子.结果表明,多目标遗传算法能够快捷搜索到全局最优解.     

可调螺距螺旋桨控制系统PID参数整定

针对船舶调距桨PID控制系统的参数整定问题，提出了一种基于多目标遗传算法和多属性决策的参数设计方法，综合考虑了系统超调量、稳定时间和ITAE指标，采用多目标遗传算法求出Pareto最优解。由这些Pareto最优解构成决策矩阵，使用客观赋权的信息熵法对最优解的属性进行权值计算，然后采用逼近理想解的排序方法进行多属性决策研究，对Pareto最优解给出排序。计算了某水面船舶可调螺距螺旋桨的数值算例，结果表明本文提出的联合方法通用性好，所设计的PID性能优异，适合工程实际应用。     

船舶主尺度方案的博弈优选

优化选择的船舶主尺度方案需要具有较好的经济性、技术性能,而博弈论是研究解决、优化决策选择的科学,根据船舶主尺度方案优选问题与经济学中博弈问题之间的相似性,从博弈的观点确定了船舶设计中的博弈方及其对应的策略空间,即各设计目标视为博弈问题博弈方;设计变量集合视为所有博弈方的战略集组合,从而提出了船舶主尺度方案优选设计问题的博弈方法。通过实例应用表明,合作博弈论方法能更好地综合反映设计目标的要求,优选结果更加合理。     

改进的多目标优化算法及其在船舶设计中的应用

对多目标优化问题的固定加权和方法加以改进,采用随机权系数方法将多目标优化问题转换成为单目标优化问题,利用序列二次规划方法获得问题的最优解。由于权系数的随机性,多次运行能够得到多目标优化问题的Pareto优化解和Pareto前沿。和固定权系数相比,这种方法能够找到非凸均衡面上所有的Pareto最优解。采用TOPSIS法进行多属性决策(MADM)研究,对Pareto最优解给出排序。针对船舶概念设计阶段主尺度确定过程的多目标优化问题,给出了一艘散装货船两个优化目标的数值算例。计算结果表明,随机加权和方法可以求出多目标Pareto最优解集,和先验加权方法相比,随机加权方法能为设计者提供更多的选择;和遗传算法相比,现在的方法简便且精度良好。     

船舶主尺度方案的多目标模糊优化设计

本文主要介绍一种多目标模糊优化设计方法,它解决了船舶优化设计中的模糊性,在综合考虑多种目标的作用后求得较合适的方案。文章将这种方法应用到某散装水泥船的主尺度方案优选中,并将计算结果与实船数据进行比较。     

基于多目标遗传算法和多属性决策的船舶PID控制器参数整定

提出了一种基于多目标遗传算法和多属性决策的PID参数设计方法,综合考虑系统超调量、稳定时间和ITAE指标,采用多目标遗传算法(MOGA)求出Pareto最优解.由这些Pareto最优解构成决策矩阵,使用客观赋权的信息熵法对最优解的属性进行权值计算,然后采用逼近理想解的排序方法(TOPSIS)进行多属性决策(MADM)研究,对Pareto最优解给出排序.计算了一个二阶船舶控制的数值算例,结果表明本文提出的联合方法通用性好,设计的PID性能优异,适合工程实际应用.     

基于核主成分分析方法的标准化船型设计优化

合理选择船型、主尺度、船舶型线,减少船舶阻力,减少污染,降低能耗,保护环境,是船舶设计过程中应注意的十分重要的问题.但是最佳船型方案选择是一个复杂的多变量、多目标的系统优化工程.核主成分分析方法(KPCA)是目前一种常用的综合评价方法.它不仅具有优秀的主元提取性能,更尤其适合于处理非线性问题,对内河干散货运输船型设计优化具有很好的实际应用价值和指导作用.     

基于NSGA-Ⅱ的长江过闸散货船船型论证

针对长江干线过闸散货船船型论证过程中复杂的多目标、多约束问题,提出一种以技术经济性、过闸效率和社会效应(暂时以EEDI为计算指标)为目标,船舶主尺度上下限、主尺度比、初稳性高、系缆力为约束的数学模型,并采用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解,得到该多目标优化问题的Pareto前沿及对应的非劣尺度,结果表明所采用的方法切实可行,且得到的结果能够满足船东对于长江干线过闸散货船的需求,同时具有一定的社会能效效应。     

船舶柴油机调速器参数整定的多目标优化和多属性决策研究

综合考虑系统在输入阶跃扰动和负荷扰动两个工况时的超调量、稳定时间和ITAE指标，研究了PID控制器参数寻优的问题。采用多目标遗传算法求出Pareto最优解，使用信息熵法和逼近理想解的排序方法（TOPSIS）对Pareto最优解给出了排序。计算了一艘水面船舶柴油机调速器控制的数值算例，结果表明本文方法有效，所设计的PID性能优异，可以工程实际应用。     

船舶六自由度转台电液伺服系统参数整定方法

针对船舶六自由度转台电液伺服系统的参数整定问题，提出一种基于多目标遗传算法和多属性决策的PID参数设计方法，综合考虑了系统超调量、稳定时间和ITAE指标，采用多目标遗传算法求出Pareto最优解。使用客观赋权的信息熵法对最优解的属性进行权值计算，然后采用逼近理想解的排序方法（TOP—SIS）进行多属性决策（MADM）研究。计算了转台电液伺服控制的数值算例，结果表明本文提出的联合方法通用性好，所设计的PID性能优异，适合工程实际应用。     

基于完整稳性倾覆概率风险的内河客船主尺度优化

通过建立内河客船在规则波中的横摇频幅响应模型,将船舶倾覆概率表达为横摇角概率密度函数的积分,提出适用于船舶初步设计阶段的内河客船倾覆概率计算模型.采用一艘长江干线旅游客船作为母型船,将倾覆概率作为安全性指标,融入优化决策过程中,与其他技术、经济性指标进行整合,构建多目标决策问题,对母型船进行主尺度优化.结果 表明,基于完整稳性倾覆概率风险的主尺度优化方法,能够克服传统优化方法的弊端,使得完整稳性风险在初步设计过程中得以被正确评估,从根本上提高设计方案的完整稳性性能.