吃水受限内河船舶航行性能综合优化的分层并行混沌算法

船舶航行性能综合优化设计分析是一项非常重要的工作。基于分层思想、并行算法和混沌算法,建立了吃水受限内河船舶性能综合优化的数学模型,设计了一种求解此类问题的基于敏感变量分段的分层并行混沌复合算法。编制了界面友好的VC＋＋软件。对于吃水受限内河船舶快速性和操纵性综合优化问题,进行了遗传算法、混沌算法、并行混沌算法和分层并行混沌算法的大量优化计算,结果表明：该复合算法计算可靠、效率高;为吃水受限内河大型船舶综合优良船型设计奠定了良好基础。     

舰船辐射噪声的混沌特性检验

为提取舰船目标辐射噪声混沌特征,实现对舰船目标的自动识别,首先需要对舰船辐射噪声的混沌特性进行检验。采用一种改进的Lyapunov指数谱估计方法,计算其最大Lyapunov指数是否大于零,以及所有的Lyapunov指数之和是否小于零来判定噪声时间序列是否具有混沌特性。采用三类舰船目标辐射噪声作仿真计算,仿真结果表明三类舰船辐射噪声都具有一定的混沌特性,该结论为下一步基于混沌预测的目标检测以及提取舰船辐射噪声非线性混沌特征等工作奠定了理论基础。     

基于遗传-混沌算法的船舶动力学性能综合优化研究

将遗传算法和混沌算法复合构造了一种遗传混沌算法,并将其应用于船舶动力学性能综合优化计算问题,编制了界面友好的vc＋＋软件。计算结果表明,该软件运行稳定可靠;该算法不但能有效地克服遗传算法的早熟问题,而且耗时少,计算效率高。使用该软件能方便地得到各设计变量的动力学综合最优可能性分布函数,为船舶设计方案的综合评估及其船型参数的综合决策准备了条件。该软件具有较强的实用性,具有推广意义。     

加速混沌优化算法的改进及其在船型论证中的应用

利用混沌运动所特有的随机性、遍历性和规律性,对加速混沌优化算法进行一些改进,提高了混沌优化算法的收敛速度和精确性.改进的加速混沌优化算法利用混沌运动的性质,同时不断缩小变量的搜索空间,在混沌优化搜索过程中,以具有一定保证的当前最优解为中心,不断地缩小优化变量的搜索区间,调整细化参数,促使搜索能够更快、更有效地向全局最优解收敛.将该改进算法应用到具体的船型论证中,不仅证明了该改进算法简单,容易实现,具有较高的收敛速度和可靠性,而且具有较高的寻优精度和较少的优化迭代次数,也体现了该算法在船型论证领域中的实用性和有效性.     

混沌神经网络优化机制研究

分析了混沌神经网络的优化机制,研究了具有模拟退火特性的混沌神经网络模型,给出了混沌神经网络的能量函数,以及计算网络Lyapunov指数的方法,从理论上证明了当网络参数满足一定条件时,网络具有混沌性状。在仿真实验中,应用Hopfield网络和混沌神经网络求解信道分配问题。结果表明,混沌神经网络在求解优化问题时具有更强的搜索全局最优解的能力,和更快的收敛速度。     

混沌理论和神经网络相结合的舰船摇荡运动极短期预报

舰船摇荡运动具有混沌特性,因而可以应用混沌理论对其进行预报.介绍了混沌时间序列预测原理;建立了基于混沌理论相空间重构技术的RBF神经网络模型,并将其用于舰船摇荡运动预报;通过对某实船纵摇时历的预报计算,证明了采用混沌和神经网络相结合的预报方法,能有效提高预报精度和延长预报时长.     

集装箱船主尺度全局最优化的混沌算法

提出了应用混沌优化方法（Chaos Optimization Algorithm,COA)进行集装箱船船型主尺度要素全局优化的新策略。混沌优化方法利用混沌变量的随机性、规律性、遍历性寻优，能够克服经典优化方法如直接法、梯度法、Hessian法等方法容易陷入局部极小点的不足，方法简单、快速、易于掌握，其效率比一些目前广泛应用的随机优化方法如模拟退火法（SAA）、遗传算法（GA）等高得多。实际算例的结果证实了混沌优化方法用于集装箱船船型优化的有效性。     

基于并行遗传混沌方法的UUV性能综合优化分析

从船舶快速性、操纵性和能源系统等角度出发,建立分析UUV性能的综合优化数学模型;基于遗传算法、混沌算法、分层并行思想,构造一种分层并行遗传混沌方法,并将该方法应用于求解此类综合优化问题。利用此方法,分析数学模型中的目标函数类型及性能指标权重对该优化计算问题的影响。计算结果表明,该分层并行遗传混沌方法能较好的解决此类优化问题,其计算结果稳定可靠、约束满足程度好、效率高。同时,目标函数类型的不同及性能指标权重的改变均对该优化问题有较大影响。该UUV性能综合优化方法提供了一种优化设计思路,综合性能指标较高。     

非理想气泡振动混沌特性应用

通过计算非理想气泡振动模型的Lyapunov指数谱,绘出气泡振动模型的关联维与嵌入维关系图,得到气泡振动的关联维数,验证了非理想气泡振动的混沌特性。在此基础上,计算了气泡振动由倍周期分叉通向混沌过程中所对应的模糊函数,并绘制相应的模糊函数图形。结果表明,混沌响应信号作为主动探测信号将具有较强的分辨力,该结论为水下目标混沌信号检测奠定了理论基础。     

渔业网衣完整性计算方法研究

针对如何在水产养殖装备设计阶段评估网衣系统完整性,保证渔业生产安全,给出了一种网衣完整性计算方法。在保证群化精度条件下,利用网目群化方法建立数值网衣模型,并将群化模型和AquaSim软件的计算结果进行了对比,验证了该方法的准确性。在此基础上对极端工况下网衣完整性关键影响因素作了分析,包括网目形状、固定方式2种类别型变量,以及网目长度、网线线径、纲绳线径、横纲间距4种连续型变量,对连续型变量作了相关性分析,采用多元回归分析方法拟合得到网衣完整性快速评估模型并进行了验证。结果表明,在结合实际工程情况下对网衣结构设计变量进行试验设计和多元回归分析,实现网衣系统完整性评估是可行的。     

基于分叉理论的水下超空泡航行体运动特性研究

为保证水下超空泡航行体稳定地运动,分叉分析航行体的运动状态随空化数变化的规律,基于分叉理论,利用数值仿真、相轨图分析并验证航行体在不同空化数下的运动特性,最后通过二维分岔图确定航行体稳定运动条件和参数范围。研究结果表明：超空泡航行体的运动具有非线性动力学特性,随着空化数的变化,系统的相轨迹出现极限环、混沌吸引子等现象;合理地调整控制律可以扩大航行体稳定运动的空化数范围,实现航行体的稳定运动。     

时滞反馈混沌系统的同步控制方法

研究了带有时滞反馈的无限维混沌系统的分岔行为,提出了一种时滞混沌系统的状态反馈同步控制方法,使得闭环系统的同步误差大范围渐进稳定,文中给出了实现时滞混沌系统同步控制的条件。在仿真实验中,以二阶无限维时滞混沌系统为例,实现了混沌系统的同步控制,仿真结果表明,该同步方法的同步时间短,且具有较强的抗干扰能力。     

基于LSTM的舰船运动姿态短期预测

舰船的六自由度运动状态形成复杂的非线性过程,运动姿态会受到耦合作用、不定周期、噪声信号以及混沌特性等因素的干扰,因此很难得到精确的预测结果.为了提升舰船运动姿态的预测精度,利用舰船时间序列的特点,建立了基于长短期记忆单元(LSTM)模型,对其进行了舰船姿态预测仿真,将结果与时间序列分析法的结果进行对比.实例分析表明:基于LSTM模型的预测方法具有精确度高、易实现的特点.这为舰船运动短期预测提供了一个新的思路和方法.     

计及形变的滚塑船艇横摇运动中的混沌及其控制

以渔家乐滚塑休闲船为例,考虑船艇体的弹性形变、随机风速和随机波浪等非线性因素,采用时历图、相图、功率谱和Lyapunov指数从不同角度剖析船艇横摇中的动力学特性,然后应用精确反馈线性化和闭环增益成形算法相结合的方法设计控制器,使船艇脱离混沌状态。仿真结果表明：当计及船体弹性形变时,横摇频率加快,角速度和角加速度均增大,船艇稳性和舒适感变差;随着风和浪所含谐波次数的增加,横摇更加剧烈,混沌现象愈显著;所设计的控制器能够有效控制其混沌,从而达到增加船艇安全性、稳定性和舒适性的目的。     

舰船惯导航行数据的重构及混沌特性分析

针对现有舰船航行数据处理研究中,对数据内在属性及不同数据间相关性研究不够深入的问题,应用不同方法对舰船惯导航行数据进行了相空间重构及比较分析。分析结果表明,C-C方法对船舶惯导航行数据的重构效果较好。在此基础上,进行了惯导数据的混沌特性定性分析,并计算了惯导数据的最大Lyapunov指数,对舰船惯导数据进行了混沌动力学特性研究。分析结果证实了舰船航行数据具有较为典型的混沌特性,为进一步研究采用混沌控制等方法对舰船航行中的混沌状态进行控制提供必要的数据基础和比较依据。     

Non-intrusive polynomial chaos for efficient uncertainty analysis in parametric roll simulations

Monte Carlo analyses are generally considered the standard for uncertainty analysis. While accurate, these analyses can be expensive computationally. Recently, polynomial chaos has been proposed as an alternative approach to the estimation of uncertainty distributions (Hosder et al. A non-intrusive polynomial chaos method for uncertainty propagation in CFD simulations. In: 44th AIAA aerospace sciences meeting and exhibit, Reno, Nevada, 2006; Wu et al. Uncertainty analysis for parametric roll using non-intrusive polynomial chaos. In: Proceedings of the 12th international ship stability workshop, Washington, DC, USA, 2011). This approach works by representing the function as a series of orthogonal polynomials; the weights for which can be calculated via several methods. Previous studies have demonstrated the usefulness of this technique for comparatively simple systems such as parametric roll modeled by the Mathieu equation with normally distributed parameter values (Wu et al. Uncertainty analysis for parametric roll using non-intrusive polynomial chaos. In: Proceedings of the 12th international ship stability workshop, Washington, DC, USA, 2011). In the present work, a polynomial chaos method is applied to a nonlinear computational ship dynamics model with normally distributed input parameters. Test cases were selected where parametric roll was expected to potentially occur. The resulting probability distributions are compared to the results of a Monte Carlo analysis. In general, these results demonstrate good agreement between Monte Carlo simulation and polynomial chaos in the absence of capsize with significant computation gains found with polynomial chaos. Overall, we conclude that polynomial chaos is an effective tool for reducing simulation time costs when studying parametric roll, and potentially other ship dynamics phenomena, particularly in the absence of capsize-like bifurcations.     

外圈故障滚动轴承周期运动Neimark-Sacker分岔研究

文章基于非线性理论,建立了三自由度非光滑系统轴承外圈故障模型,研究了该情况下,系统周期运动的Neimark-Sacker分岔现象和混沌等非线性行为。求出系统的切换矩阵,将得到的切换矩阵结合Floquet理论确定了该非光滑系统周期运动发生Neimark-Sacker分岔的条件。通过在碰撞面处建立Poincaré映射,用数值方法进一步揭示轴承系统的周期运动经Neimark-Sacker分岔通向混沌的现象。发现当旋转频率接近临界分岔点时,系统有一对Floquet特征乘子的模接近1,其余特征乘子模都小于1,系统发生Neimark-Sacker分岔,随着旋转频率的增加,系统经历了典型的Neimark-Sacker分岔通向混沌的非线性行为。同时研究了不同的阻尼系数对系统分岔的影响,发现阻尼可以有效地延迟系统的分岔点。对该故障轴承系统分岔和混沌的研究,可为实际装备安全运行及故障诊断提供依据,同时为设计提供理论指导和技术支持。     

混沌隔振方法研究

为了消除舰艇辐射水噪声中的线谱成分,提出了利用非线性隔振系统在混沌状态下的特殊性能来提高隔振性能,特别是提高线谱隔离能力的混沌隔振方法.说明了混沌隔振方法的原理,给出了混沌隔振性能评价指标.实验证明该方法能有效地隔离结构噪声中的线谱成分,并具有良好的整体隔振性能.     

柴油机曲轴运转的非线性振动与混沌

通过对柴油机曲柄(曲轴)连杆机构作运动和受力分析，将其受力简化为气体膨胀的瞬间作用力和柴油机运转的惯性力，且均假设为集中荷载。因此曲轴运转的力学模型也可简化为：气体作用力为转子周期性脉冲力；惯性力为转子-轴承系统的力。这两个力学模型都存在非线性振动，且在一定条件下产生混沌现象，这从理论上解释了柴油机曲轴的运转能产生非线性振动和混沌。同时本文还应用功率谱法来研究混沌性态。在实例分析中，我们通过对8NVD2U-48A柴油机主轴承对应的机体上布采样点，对表面振动信号进行采样且对采样进行功率谱分析，其结果说明上述结论在理论上是正确的。这一结论也为柴油机曲轴和主轴承的故障诊断提供了理论基础。