多目标遗传算法在船舶操纵性优化设计中的应用

以水面船舶为研究对象,根据操纵性衡准建立了船舶操纵性能的多目标优化模型.基于经验公式和多目标遗传算法,讨论了船舶在概念设计阶段操纵性优化的求解,给出了一个50000吨级散装货船的数值算例.     

混沌遗传算法在船舶电力系统供电恢复中的应用研究

实现船舶电力系统的快速供电恢复是一个复杂的多目标非线性组合优化问题.根据系统的特点,采用混沌自适应遗传算法,使用混沌优化产生初始群体,以保证初始种群含有较丰富的模式,从而增加搜索快速收敛于全局最优解的可能,然后通过采用精英保留的选择机制和自适应交叉、变异概率,有效地加快了算法的收敛速度.船舶电力系统典型故障恢复算例表明,该算法改善了遗传算法的性能,提高了算法的收敛速度及精度,避免了不成熟收敛,较好地实现了船舶电力系统的多目标故障恢复.     

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.     

基于Pareto遗传算法的船舶操纵性能多目标优化技术研究

针对船舶初始设计阶段船舶操纵性能优化这一复杂的多目标问题,开展相应的多目标优化方法研究。利用Pareto方法的特点,提出基于Pareto遗传算法来解决传统方法中的这个问题。经过优化可以得到均匀分布的Pareto解集,便于进行分析比较和选择,并给出计算实例。     

船舶动力学性能及结构特性的综合优化方法

建立船舶动力学性能及结构特性综合优化的数学模型;基于并行算法、遗传算法和混沌算法,构造一种并行遗传混沌算法,并将其应用于求解此类综合优化计算问题;编制了界面友好的vc＋＋软件.对于船舶动力学性能及结构特性综合优化问题,进行单目标或多目标条件下的遗传算法或混沌算法及其并行或复合算法的大量优化计算.计算结果表明：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、计算可靠、效率高;船舶动力性能及结构特性综合优化结果较同类优化设计的综合性能指标高.     

近海支持船的智能化应用

随着智能船舶不断实用化推进,智能机舱、智能能效、智能航行、智能货物管理、智能集成平台等功能模块得到越来越多的应用。近海支持船(offshore support vessel,OSV)功能复杂、设备繁多且作业环境危险,对"智能化"有迫切需求。针对OSV航行、海上作业、设备维保和人员管理等特点,提出智能化升级方案和应用架构。     

基于最优Pareto集的船舶出坞拖轮配置优化

本文采用多目标遗传算法求解船舶出坞拖轮配置优化模型的近似Pareto最优解集.针对遗传算法只能优化单目标、无约束问题,作者通过引入罚函数除去了船舶出坞中多变量非线性有约束问题的约束限制.文中利用加权和方法处理船舶出坞拖轮配置多目标优化问题,并按专家决策方法确定各目标函数的权系数.拖轮配置优化结果表明了多目标遗传算法的有效性,并为船坞主管进行船舶出坞拖轮配置决策提供了充分的依据.     

一种有效近似建模方法及船舶耐波性代理模型构建

船舶耐波性能预报计算过程复杂,会受到诸多设计变量的影响;且采用高精度商业软件如CFD预报船舶性能的计算代价非常高。文章采用拉丁超立方方法进行了设计空间抽样。定义了一个新的综合衡准指标来表达船舶耐波性能,即短期和长期作用下船舶非工作时间百分数。考虑了船舶耐波性能中的五个运动方向：横摇、纵摇、转艏、横荡和升沉。为提高船舶耐波性能计算效率,一种有效的近似建模方法—单参数Lagrangian 支持向量回归算法被用于训练并构建代理模型以预报船舶耐波性能,且该算法是由作者在过去的研究工作中首次提出。以海洋平台支援船（OSV）为例,采用SPL-SVR算法预报船舶耐波性能,并与基于NAPA计算仿真结果、人工神经网络和经典支持向量回归算法进行对比。该文考虑OSV的两种速度,建立了海洋平台支援船短期作用下非工作时间百分数的耐波性能响应面模型,结果显示采用SPL-SVR算法建立的船舶耐波性能响应面模型比较适合船型初步设计的工程实际应用,并具有较高的计算效率。     

海工支持船(OSV)国内运营问题及解决方案建议

国内海工市场保有大量海工支持船(OSV),但是目前国内海事监管对OSV的运营还没有专门的管理规定。针对国内OSV运营范围管理在船舶分类、人员转运、载运少量危险品、载运少量放射性物质、为海上设施供油等方面存在的问题,根据行业特点以及各国政府对OSV监管法规提出关于国内OSV运营范围管理解决方案的建议,为政府主管机关制定相应的OSV运营管理提供依据。     

遗传算法的舰船电力系统供电恢复研究

船舶电力系统的故障重构是船舶运行管理系统中的重要内容。为保障船舶运行过程安全可靠,根据船舶电力系统的特殊性,结合遗传算法对舰船电力系统供电恢复问题进行研究。将遗传算法具体用于船舶电力系统的网络故障重构并通过对遗传算法对电力系统故障信息进行快速、准确地判断,以便更及时准确的对复杂的船舶电力系统供电恢复情况进行调整和控制,确保船舶在中电力系统出现故障的情况下可快速恢复供电,以保障航行安全。通过调查分析和实验检测充分证明了该方法能有效地提高船舶供电恢复的速度及精度,可较好地实现了舰船电力系统的多目标故障恢复。     

多智能体遗传算法在船舶电力网络重构中的应用

船舶电力系统故障恢复的网络重构问题可以抽象成为一个多目标、多约束、多时段、离散化的非线性规划最优问题.根据船舶电力系统特点,结合多Agent在电力系统的应用,提出了一种基于进化遗传算法的多Agent船舶电力系统网络重构思想,建立一种与之符合的含有节点—支路的馈线拓扑模型和目标供电最优的数学模型.在遗传算法快速寻优能力的基础上,结合进化算法的方向性和反馈性,得出多Agent船舶电力系统网络重构的全局最优解,实现网络重构供电最优,并通过相应的算例与普通遗传算法比较分析,验证了其良好的可行性.     

海洋工程支持船节能技术

船舶节能技术是船舶行业永远探索的主要课题,而海洋工程支持船(OSV)与普通商船相比有许多独特的差异。根据海洋工程支持船的特点,通过对船型、设备选型、推进方式选择以及推进器型式选择等方面节能技术进行探讨,浅析了OSV在船舶建造项目中应采用的节能技术。     

20000DWT近海散货船概念设计多学科优化

以20 000 DWT近海散货船为研究对象,分别建立以船舶造价、航速、回转性指数、应舵指数为目标的多个船舶概念设计优化数学模型。应用iSIGHT软件对这些数学模型进行集成,采用非支配解排序的多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解船舶概念设计多目标问题以获得Pareto解集。优化结果证明了NSGA-Ⅱ算法解决近海散货船优化设计问题的有效性,为解决更复杂工程系统的设计优化问题奠定了基础。     

多约束条件下气象航线规划的智能混合算法

针对船舶航线规划面临气象条件、水文地理、航行需求、船舶物理特性等复杂条件约束的情况,为设计同时满足船舶航行安全性和经济性需求的最佳气象航线,提出一种结合传统A*算法和遗传算法的智能混合算法。该算法使用A*算法来提升遗传算法初始种群质量并加快搜索速度,根据航行需求和多约束条件设计目标函数和适应度函数,采用多种群技术和精英保留策略增加种群多样性并加快算法收敛速度。遗传算法在航线搜索的一个方向上是连续的,这与其他采用离散网格系统的算法相比拥有更高的搜索精度。实验结果表明该智能混合算法能高速、有效地完成船舶气象航线规划设计。     

基于最优Pareto集的船舶出坞拖轮配置优化

本文采用多目标遗传算法求解船舶出坞拖轮配置优化模型的近似Pareto最优解集，针对遗传算法只能优化单目标、无约束问题，通过引入罚函数除去了船舶出坞中多变量非线性有约束问题的约束限制。本文利用加权和方法处理船舶出坞拖轮装置多目标优化问题，并按专家决策方法确定各目标函数的权系数。拖轮配置优化结果表明了多目标遗传算法的有效性，并为船坞主管进行船舶出坞拖轮配置决策提供了充分的依据。     

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.     

改进遗传算法在船舶压载水置换方案求解中的应用

根据船舶压载水置换的安全条件,将压载水置换问题归结为多目标组合优化问题.以总纵弯矩和剪力最小为目标,艏艉吃水条件为约束,采用两舱同时置换的策略,建立了船舶压载水置换问题的优化模型,并引入遗传算法对该问题进行求解.采用整数编码,将多目标问题以权重集合法转化为单目标问题,同时根据压载水置换具体问题,对遗传算法进行了改进.最后以一艘50 000t成品油船的压载水置换问题为例进行仿真试验,试验结果表明,采用遗传算法可以快速地搜索到工程实用方案,具有一定的工程应用价值.     

浅水中OSV锚泊定位分析研究

本文采用数值计算方法对浅水中海洋平台支持船(OSV)的锚泊定位性能开展研究.首先,基于三维频域势流理论,对一艘OSV不同水深的水动力性能开展分析,计算了水动力系数、运动幅值响应算子、一阶波浪力和二阶波浪力.由于浅水中非线性效应显著,本文采用中场公式计算了该OSV全二阶波浪力传递函数(Full Quadratic Transfer Function,简称全QTF).然后,本文对不同水深下锚泊系统的水平刚度开展了分析,计算了不同水深下锚泊系统的水平刚度,研究了水深对锚泊系统水平刚度的影响.最后,采用准动态方法对不同水深下的OSV和锚泊系统开展时域分析,研究了水深对船体运动性能和锚索张力的影响.     

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。     

基于多目标遗传算法和主成分分析的船型主尺度论证

为了解决船舶方案设计中面临的方案生成和决策问题,引入多目标遗传算法和综合评价方法,将船舶主尺度确定转换为多目标优化和决策评价问题,使用第二代快速非劣解排序的多目标遗传算法(NSGA II),在一个迭代周期获得多个可行解,采用主成分分析方法对备选解进行综合评价,按照主成分得分给出比较排序。以一艘水面船舶在概念设计阶段的船型主尺度论证为例,数值结果表明所采用的方法是可行的且具有较好的适应性。