优化方法在舰船抗沉决策系统中的应用研究

为了及时有效地抗沉,构建了以模型库系统为主,数据库系统和人机交互系统并重的辅助抗沉决策系统.其中模型库系统分别由装载计算模型、不沉性计算模型和抗沉方案优化模型三个子系统组成.着重研究了用于舰船破损情况下辅助决策的优化模型.以可用抗沉舱的装载量为设计变量,以最小干舷为目标函数,以限制横倾角和纵倾值为约束条件,采用非线性规划法中的惩罚函数法求解优化模型,生成最佳抗沉方案.研究了初稳性高为正值时的优化抗沉方案.通过实例计算,并将计算结果和采用遗传算法的结果相比较,证实了该优化方法用于抗沉操作的可行性.     

一种新的多学科协同优化方法及其工程应用

本文提出了一种新的多学科设计协同优化方法,并将其应用于潜艇分舱设计中.该方法在系统级通过学科级耦合变量的折中来得到系统级耦合变量,采用各学科级目标函数加权和来综合评价设计的优劣,避免了系统级优化过程,解决了标准协同优化算法系统级优化前期不收敛的不足,从而改善了数值稳定性,同时减少了总的计算迭代次数;在学科级目标函数中构建一致性惩罚函数,最终实现耦合变量之间的协调;在约束条件中实施变精度控制,逐步达到预期的精度要求,从而提高收敛性,并减少计算量.本文给出了新算法所得全局最优点即为所求原问题全局最优点的理论证明,并针对典型减速齿轮箱多学科设计优化问题,通过与标准协同优化算法在数值实验中的对比分析,验证了本方法在计算结果的收敛性、数值稳定性及可靠性等方面有优越性,最后通过在潜艇分舱设计中的应用体现了其工程实用价值.     

基于优化的砌体结构条形基础宽度设计

提出了砌体结构条形基础宽度的优化设计方法;该法考虑了纵横墙的相互作用、基底的重叠、地基不均匀情况和构造要求,以条形基础底面积为目标函数,给出优化结果;通过例题对多种方法进行了分析比较.     

潜水器多学科设计中的多目标协同优化方法

针对潜水器设计中涉及多个学科的耦合以及数据信息量大、数据关系复杂的问题,文章介绍了一种新的多目标协同优化算法.该方法将Pareto遗传算法(PGA)引入协同优化框架,二者的有机结合充分发挥各自的优势,该方法利用协同方法的分解协调机制将复杂系统的设计问题分解为一个系统级优化问题和几个学科级优化问题.采用PGA作为系统级优化器,不仅可以得到能够反映多目标优化问题实质的、客观的Pareto解集,而且,由于PGA是无需梯度信息的直接搜索算法,从而从根本上消除了协同优化由系统层一致性约束条件引起的收敛困难问题.在PGA与协同优化框架结合的过程中,采用目标函数的归一化处理、分级罚函数法、浮点数编码、群体分级和Paveto解集过滤器等技术提高算法的计算效率和可靠性,并通过一个数学算例和一个载人潜水器的例子证明了多目标协同优化算法的有效性.     

基于凸集模型的船舶坐墩配墩鲁棒设计方法

提出了船舶坐墩支墩配置的鲁棒设计方法.用凸集模型描述支墩组合刚度的不确定性,用极小化不确定性参数不满意度函数的方法实现目标函数的鲁棒性,用一个优化过程分析约束函数的最劣值实现约束函数的鲁棒性.计算示例表明,用所提方法得到的设计方案优于直接极大化不确定性参数最小值的结果.     

UUV操纵性能综合优化模型研究

操纵性能是无人潜器（UUV）航行的重要性能之一,其优劣直接影响到UUV的航行安全和稳定性,UUV操纵性能评判和优化是UUV优化设计的重要组成部分.基于AUTOSUB型无人潜器的设计模型,在充分分析艇体操纵性能的基础上,重点研究UUV水平运动和垂直运动性能,提出了较为完备的UUV操纵性能优化数学模型.采用模糊评判方法构造操纵性系统总目标函数,利用专家咨询法确定了各子系统的权重;通过大量艇体操纵性能数据对各个性能指标进行统计分析,选择模糊数学中对应的隶属度函数进行拟合,确定相应隶属度函数参数;利用禁忌搜索算法对遗传算法的改进而得到的遗传禁忌搜索算法（GA-TS）,由并行和分层策略改进遗传算法得到的并行遗传算法（PGA）以及遗传二次载波算法（LGA）,将数学模型与这3种算法集成,利用C＋＋语言编写了UUV操纵性能优化软件.通过对总系统优化得到的遗传禁忌搜索算法寻优能力最强,利用该算法研究水平面运动和垂直面运动2个子系统,得到各个性能指标权重对系统目标函数影响程度的排序,同时分别得到-组最佳性能的权重分配.     

基于三电平逆变器直接转矩控制的开关矢量优化

研究了二极管中点箝位型三电平逆变器的优化控制策略.在直接转矩控制系统中,基于新型固定矢量合成方法,采用多级滞环比较器,更加充分有效地利用合成矢量对开关矢量进行优化,从而减小转矩脉动,提高系统响应速度.通过Matlab仿真,验证了该方法设计合理,与传统系统相比,优化后系统的控制性能明显提升.     

CGX巡洋舰多学科设计优化模型的再分析

传统的设计螺旋方法由于割裂了学科间耦合,得到的设计往往是满足设计要求的设计而不是最优的设计.多学科设计优化(MDO)方法正是一种能得到最优设计的新设计方法,MDO目前被广泛应用于复杂工程系统的设计中.文中对多学科设计优化的理论进行了简要综述,在此基础上为了演示MDO方法应用于舰船设计,采用iSIGHT对国外的CGX巡洋舰概念设计的13个模块进行了集成,建立了MDO模型并优化,得到了较好的优化解.在此基础上采用神经网络重新建立了该MDO模型,将优化结果和原MDO模型优化结果进行了比较.     

基于多目标优化的蛋白质三维结构预测

蛋白质的功能主要由三维结构来决定,但通过实验的方式获取三维结构需要耗费大量人力物力.从头预测法即从氨基酸序列出发,通过模拟蛋白质折叠的过程,并用能量函数对中间构象进行评价,不断优化新构象的全局最小自由能,来期望计算生成足够相似于天然蛋白的结构.文中基于多目标智能优化的TRIOFOLD方法,基于ROSETTA、CHARMM、RWPLUS 3个能量函数,并利用多目标优化的方法来生成非支配集合,最后利用KNEE算法筛选得到最终结构.实验表明多目标TRIOFOLD算法能提供多样化的通过不同能量函数的均衡来评定最优解的三维结构,验证了基于多目标智能优化进行复杂蛋白结构预测优化的可行性.     

多学科设计优化在舰船设计中的应用

多学科设计优化是一种通过充分探索和利用系统中的相互作用的协同机制来设计复杂系统工程和子系统的方法论,该法已广泛应用于现代工程设计。舰船设计是一个涉及到多个学科的工程问题,传统设计采用螺旋设计法,割裂了学科之间的相互影响,其设计结果的好坏往往决定于总设计师的经验。本文通过采用多学科设计优化方法,对美国弗吉尼亚理工大学公布的导弹驱逐舰DDG设计模块进行优化设计,对多级多学科设计优化方法在舰船设计方面的应用展开探索。     

两层分级多学科设计优化在AUV概念设计中的应用

建立了自治水下潜水器总体概念设计的两层分级多学科设计优化框架的数学模型,借助试验设计方法进行设计变量与目标函数的相关性分析,选取对AUV总体概念设计结果最有影响的设计变量,进行多种优化搜索策略和多组不同初始设计值的多学科设计优化,最后得到自治水下潜水器概念设计的优化结果。     

基于菌群优化算法的非线性系统预测控制器设计

作为一种先进的计算机控制算法,预测控制具有良好的自适应性和鲁棒性,一直是自动控制领域的研究热点.针对非线性系统,文中提出了一种基于菌群优化算法和模型学习的单步预测控制算法,算法在不需要系统数学模型前提下,根据非线性系统输入输出数据,通过最小二乘支持向量机建立系统数学模型,获得系统输出估计值,利用反馈校正减少预测误差,最后利用菌群优化算法进行滚动优化得到控制量,得到有效的预测控制器.由单变量和多变量非线性系统的仿真结果证明了算法鲁棒性和自适应性较好.     

BLISCO方法在载人潜水器设计中的应用

结合两级集成系统综合方法(Bi-Level Integrated System Synthesis)和协同优化(Collaborative Optimization)方法的主要特点,提出了一种新的多学科设计优化方法一两级集成系统协同优化方法(Bi-Level Integrated Systern Collaborative Optimization,BLISCO).它的关键思想是将设计变量分为系统级设计变量和子系统设计变量,并在保留协同优化方法协同机制的同时,用子系统耦合输出响应的加权和代替一致性约束作为子系统优化的目标函数.通过电子封装优化设计问题验证了BLISCO的收敛性、准确性以及鲁棒性.最后,文中将BLISCO方法应用于载人潜水器的多学科设计优化,大大提升了载人潜水器的总体综合性能.     

滑翔增程弹滑翔段弹道设计

通过分析滑翔增程弹滑翔原理,建立弹箭滑翔弹道方程,对最大升阻比情况下的马赫数和攻角进行函数拟合,通过Matlab进行求解得到优化弹道,进而得出弹箭滑翔段优化后攻角随时间的变化曲线.文中针对某型滑翔增程弹进行优化弹道的仿真计算并与理想直线滑翔进行比较,结果表明增程效果明显,对弹箭滑翔段的弹道设计具有一定的参考意义.     

二维水翼的设计与优化

通过指定沿叶剖面的压力分布或速度分布来设计翼剖面是水翼设计优化的有效途径.在给定二维水翼表面压力分布的条件下,通过已知物体表面的扰动势分布,利用格林定理,建立求解物体表面法向速度的Dirichlet型边值方程.假定一个初始剖面,通过积分得到扰动势分布,利用面元法求解方程得到法向速度.物面边界条件用于剖面的形状修正,利用迭代计算方法可达到设计目标.通过调整压力分布,可对翼型进行优化.文中对对称翼及不对称翼进行设计,并优化设计了剖面A, B和C.     

大型结构系统可靠性分析方法研究

结构系统的可靠性评估是结构设计的一个重要研究内容,而极限状态函数的建立是进行可靠性评估的基础.但是,大型结构系统的极限状态函数极为复杂,响应面法用简单的多项式进行模拟的精度较低,导致误差较大.文章提出用神经网络替代多项式来拟合复杂的极限状态函数,形成所谓的神经网络响应面.然后,基于塑性极限理论,文中提出了不依赖于失效模式的极限状态函数表达形式及采用ICP对该极限状态函数进行计算的方法.最后,依照拟合得到的神经网络响应面,给出了大型结构系统失效概率的方法.通过两个算例计算并和其它方法进行比较,表明该方法的计算精度较高,而计算时间大大降低.     

基于优化的砌体结构条件基础宽度设计

提出了砌体结构条形基础宽度的优化设计方法；该法考虑了纵横墙的相互作用、基底的重叠、地基不均匀情况和构造要求，以条形基础底面积为目标函数，给出优化结果；通过例题对多种方法进行了分析比较。     

微分群体智能算法在船舶结构混合变量优化中的应用

船舶结构优化设计问题通常是一个包含混合变量的约束优化问题.常用的优化方法是采用遗传算法结合惩罚函数法,但遗传算法的人工参数多,算法复杂,惩罚因子选取困难.该文中把适合约束优化问题的微分群体算法DS(Differential Swarm)进行了改进并用于混合变量的结构优化问题中,对多个工程实例的计算表明,新算法的结果好于已知文献中的最好结果,并得到了以往未发现的新解.DS算法参数少,算法表达简单,全局优化能力强,精度高,在工程中有较大应用前景.     

海洋平台设计选型的多级模糊优化及非结构性模糊决策分析

针对海洋平台开发设计中经常遇到的复杂的方案优化选型问题, 提出了将多因素、多级非结构性模糊优选理论引入到平台的设计选型中. 根据影响平台选型的非结构性因素, 采用三级模糊优选, 综合考虑了影响平台选型的各种优选目标; 针对影响平台选型优化的因素非常复杂、确定隶属函数主观因素较强的情况, 引入非结构性模糊决策法以确定其隶属度和权重. 通过此模糊优选模型, 进行了一平台的设计选型优化, 得到了比较理想的优选结果, 证明了此模型在为海洋平台方案的设计选型中的实用性.     

分布式能源系统经济性优化建模研究

随着冷热电联产技术得到广泛推广,系统运行的经济性就成为必然考核的指标,因此如何优化系统运行模式,提高系统收益越来越受到众人的关注.通过分析影响系统运行经济性的各项因素,并基于Matlab建立系统成本与收益关系优化模型.模型以年度成本最小化为目标函数,利用Matlab优化工具箱对系统机组运行模式、运行收益进行模拟优化,得出机组在最大收益情况下的最佳运行组合,并以某示范工程大楼的分布式能源系统为例,验证了此优化模型的适用性.