基于组合优化算法的碟形水下滑翔机结构优化

圆碟形水下滑翔机的耐压壳体重量大小直接影响其整体性能。为解决只采用一种优化方法进行耐压壳体结构优化设计,很难得到真正的全局最优解的问题。首先,分别采用单目标优化、多目标优化方法进行碟形水下滑翔机结构优化方案设计。然后,设计全局探索型优化算法和数值型优化算法相结合的组合优化算法,对圆碟形水下滑翔机的耐压壳体进行优化设计;并与采用单独优化算法的优化设计结果进行比较分析。结果表明:MIGA和Hooke-jeeves组合优化算法获得很好地单目标优化效果;AMGA和Hooke-jeeves组合优化算法获得很好地多目标优化效果。     

面向水下定点探测的水下滑翔机控制参数优化

水下滑翔机依靠净浮力和姿态调节即可实现空间运动,是一种新兴的海洋探测机器人。该文面向水下定点探测任务,开展滑翔机控制参数优化方法的研究。首先,以典型水下滑翔机为研究对象,建立了整机动力学模型,同时建立了滑翔机下潜运动的能耗模型。在此基础上,利用动力学仿真获取样本点,采用四阶多项式建立了以控制参数为输入,以滑翔机到达目标深度的能耗、运动时间和水平位移为输出的代理模型。之后,将控制参数作为优化设计变量,以最小化能耗和运动时间为优化目标,利用水平位移构造约束条件,建立优化数学模型。采用代理模型参与优化迭代计算,确保优化计算效率。最后,利用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)求解上述优化问题,得到控制参数的Pareto最优解集。数值算例证明了所提出方法的正确性,可用于指导实际探测任务的控制参数配置。     

基于缩比模型的水下滑翔机运动相似性研究

利用水下滑翔机缩比模型预报原型运动特征及滑翔经济性的前提是两者运动相似．以天津大学自主研制的PetrelⅡ水下滑翔机作为研究对象,从相似理论出发,基于动力学方程及纳维-斯托克斯(N-S)方程,推导了水下滑翔机原型与模型在运动相似时应当满足相似准则以及相似转换关系．采用计算流体动力学方法计算了不同缩比情况下水下滑翔机的升力系数及阻力系数,得到了尺度相似比与升力系数、阻力系数的关系．分析表明,在稳定滑翔状态下,水下滑翔机缩比模型与原型运动相似需要满足弗劳德准则;在该准则下,在一定的缩尺比范围内,升力系数与阻力系数的尺度效应并不明显,以尺度相似比为0.5设计缩比模型最为合适．通过水池试验获得了缩比模型在一定俯仰角下的速度、升阻比等运动参数,试验结果表明：缩比模型与原型间存在运动相似性;缩比模型在水池试验中得到的横向速度、垂向速度和升阻比与水下滑翔机原型海试结果吻合较好,相对误差满足工程误差要求．论文提出的利用水下滑翔机缩比模型对原型运动参数和滑翔经济性进行预报切实可行,可为大型水下滑翔机的设计提供实验室验证平台,对于缩短研发周期具有重要意义．     

基于数据驱动的水下滑翔机生物污损监测方法

以我国自主研发的“海燕-L”水下滑翔机为研究对象,针对其长时间运行过程中出现的生物污损问题,提出了一种基于数据驱动的水下滑翔机生物污损监测方法,以指导试验过程中控制参数制定与任务规划．首先,通过动力学模型仿真分析,研究了生物污损对水下滑翔机单剖面运行时间的影响．然后,根据动力学分析结果,结合岸基操控条件以及水下滑翔机的通信方式,提出了一种生物污损监测方法：基于机器学习方法,利用水下滑翔机未发生生物污损时的关键数据,建立单剖面运行时间预测模型;对试验过程中水下滑翔机的单剖面运行时间进行预测,并监测其预测偏差;利用所建立的阻力系数与预测偏差的关系式,预测生物污损引起的阻力变化．最后,通过海上试验验证了所提出方法的正确性与有效性．试验结果显示,单剖面运行时间预测偏差与阻力系数均可以反映水下滑翔机的生物污损程度．当水下滑翔机正常运行时,所提出的方法对其阻力系数的最大预测误差仅为2%,可以实现对生物污损程度的准确监测．该方法只需要使用水下滑翔机运行过程中的部分关键数据,即可快速获取其性能变化,极大提高了监测效率,可以为“海燕-L”的实际海上应用提供支持．同时,该方法也可以为其他类型水下滑翔机的性...     

水下滑翔机低速螺旋桨的推进效率

为了研究混合驱动型水下滑翔机低速螺旋桨的几何设计参数,了解其与推进效率的关系,通过螺旋桨曲线算法计算桨叶特征点,并建立三维模型,基于升力线理论研究螺旋桨直径、转速、叶宽分布、厚度分布等几何参数对螺旋桨水动力性能的影响,运用流体力学仿真分析软件验证螺旋桨的水动力性能。对比分析结果可知:直径及转速对螺旋桨推进效率影响较大,叶宽及厚度分布对其影响较小;根据流体力学分析可知桨毂对螺旋桨推进效率有一定的影响,同时可得低速情况下推进效率较高的螺旋桨叶片设计参数。结果表明,低载荷螺旋桨在低转速、大直径、小叶宽分布、小厚度分布下的推进效率较高,可达0.73。     

基于随机优化的工程稳健设计

根据影响产品质量的因素,讨论了质量设计的准则和设计解的稳健性,并利用随机建模原理提出一种工程稳健设计的新方法。该方法与一般稳健设计不同的是,通过同时调整设计参数与控制其容差来达到稳健设计的最优解。数值分析表明,该方法是十分有效的。     

空投型水下滑翔机的展翼方法研究

为降低入水冲击中机翼所承受的水动力,提出利用水溶性材料使水下滑翔机的机翼在入水前收紧、入水后展开.针对选定的水溶性材料,进行干燥状态和浸水状态的拉伸试验.在干燥状态下,分析材料带宽度及层数对材料带力学特性的影响.在浸水状态下,测试不同宽度和层数水溶性材料带在给定负载作用下的溶水断裂时间.试验结果表明:材料的拉伸极限载荷随材料厚度的增大而增大,变化规律为线性;当采用相同的材料带宽度和层数时,水溶膜的抗拉能力最强,无纺布的抗拉能力最弱;在给定负载作用下,无纺布的溶水断裂最快.综合考虑材料的力学性能和水溶性能,选定无纺布作为机翼的绑扎材料;展翼模型试验验证了提出的展翼方法的可行性.     

基于粒子群算法的平面刚架及组合结构的优化

桁架结构受力简单,内力只有轴力,刚架结构的受力、内力情况则相对要复杂得多,故传统平面结构优化的研究多是对桁架结构的研究,针对刚架结构或刚架与桁架的组合结构研究甚少.然而,现实工程中的结构多是刚架或组合结构,仅仅对桁架结构进行优化研究远远不能满足现实工程的需要.粒子群优化算法(PSO)是近些年发展起来的一种基于群智能的演化运算技术,概念简单、易于实现,且具有良好的智能背景.本文基于粒子群优化算法对平面刚架及平面组合结构的有应力约束和位移约束的尺寸优化问题进行了研究,并将所得优化结果与改进的可行域算法(MMFD)、序列线性算法(SLP)、序列二次规划(SQP)等传统优化算法的结果进行比较.结果表明粒子群优化算法具有良好的全局收敛性与稳定性,能够更好地解决平面刚架及平面组合结构的优化问题.     

基于参数自整定P ID的水下滑翔机航向控制方法

水下滑翔机航向控制的精度对海洋目标观探测具有重要意义。现有的水下滑翔机航向控制技术以比例积分微分（proportional-integral-derivative,PID）为主。为保证水下滑翔机按照预期轨迹运动,PID控制器参数需要反复设定和调整,很难达到快速准确的控制效果。针对该问题,提出了一种基于径向基函数（radial basis function,RBF）神经网络的参数自整定PID航向控制方法。首先建立水下滑翔机水平面内运动模型,然后构建了RBF神经网络结构,并通过梯度下降法给出了神经网络参数以及PID参数的迭代公式。仿真结果表明,该方法相较于常规PID控制方法能在较短的时间内收敛,控制系统精度较高,同时控制器参数能够快速自整定。为今后的水下滑翔机航向控制器提供了设计参考。     

离散变量结构优化设计序列定界组合算法研究

首先给出了离散变量结构优化设计的数学模型,然后将总组合数按照设计变量的取值分类,把原规划问题分解成若干个维数更低、许用离散集更少的子问题;在算法设计过程中,将离散变量定界组合算法的思想应用于该问题,给出了定界的新方法。若干算例表明,该方法可以大大减少组合搜索的次数,提高解题效率。     

基于摄动有限元法的结构动力响应鲁棒优化

在传统的静力学鲁棒优化设计基础上,考虑时间参数,通过摄动有限元法处理系统中存在的不确定性因素,用Newmark方法做时程分析,将鲁棒优化设计方法运用在动力响应优化问题中.通过一个门形框架算例,与传统的优化设计结果相比,显示了鲁棒优化设计方法的优越性,设计的结果能使结构具有更稳定的性能.     

求解组合优化问题的一种方法-分枝定界法

较为详细地分析了分枝定界法的算法特征和过程,讨论了以该算法求解具体优化问题时所要采取的算法策略。笔者结合简单、具体的例子说明了上述过程,并且也说明了在实际应用该算法时,根据问题的局部信息和其它启发算法求解问题的必要性。     

基于观测器的水下机器人鲁棒故障诊断

为提高水下机器人故障检测的正确率,降低故障诊断的误报率和漏报率,基于水下机器人的空间运动方程,完成了非线性滑模观测器的设计,并利用设计的观测器完成了水下机器人的系统辨识.将观测器应用于水下机器人的传感器仿真试验和推进器故障诊断的海上试验的结果验证了该方法的有效性和可行性.     

基于透射率优化和颜色修正的水下图像增强方法

针对光在水中传输时受到水的吸收作用、悬浮颗粒散射作用而产生严重的衰减,导致水下光学图像对比度低、颜色失真的问题,提出一种基于透射率优化和颜色修正的水下图像增强方法。根据水下光学成像模型,采用最小信息量损失原理估计透射率,结合导向滤波提高透射率的估计精度,通过逆求解水下成像模型得到清晰化的水下图像。利用直方图均衡化进一步提高图像对比度,使用白平衡方法修正颜色。实验结果表明,该方法能够有效去除由后向散射引起的模糊,提高图像对比度和清晰度,同时修正色彩不平衡。     

一种基于组合测试的软件故障诊断方法

针对组合测试的基本模型和特征，提出了一种基于组合测试的软件故障诊断方法．该方法基于软件故障由某些系统参数或其相互作用而引发的前提下，首先对组合测试的结果进行分析，找出所有可能的错误原因，然后根据初步分析结果补充一组由导致故障的测试用例衍生出的附加测试用例进行重新测试，并对其结果作进一步分析和验证，从而迅速将故障原因锁定在很小的范围内，这样可为软件的调试和测试工作提供更方便、更有价值的线索和参考。     

基于约束优化方法的水力压裂起裂压力计算模型

以最优化理论为基础,提出了一种水力压裂起裂压力计算模型,将起裂压力求解转化为非线性约束条件下目标函数极小值求解问题,解决了常规起裂压力计算模型中以井筒压力增量为迭代步长时存在计算精度低且收敛速度慢等不足。以此模型为基础,分别建立了裸眼及射孔完井方式下起裂压力约束优化方程,设计了外点罚函数求解该模型的计算流程,并通过实际数据进行了验证。结果表明:本文提出的优化计算模型比常规计算模型精度更高,且收敛速度快。     

基于主要目标法的堑沟底部结构位置优化

以西石门铁矿堑沟底部结构诱导冒落法开采边角残留矿体为背景,对堑沟回采矿石量、金属量、品位等指标进行计算,建立了以采出金属量和采出品位为目标的多目标最优化数学模型.结合残矿开采实际情况,选择采出金属量作为最优化问题的主要目标.利用TCL脚本语言对SURPAC软件进行二次开发,并应用其对最优化问题约束条件下堑沟底部结构空间位置的可行方案进行全因子实验.最后得出采切工程布置的最优方案为：堑沟底部结构位于103.1 m水平,与矿体间距为18.65 m.较原设计方案,最优方案采出金属量提高27.79%.     

基于混合鲸鱼优化算法的鲁棒多用户检测

针对冲击噪声环境下多用户检测误码率高的问题,提出一种基于混合鲸鱼优化的鲁棒多用户检测算法。该算法首先利用基于非线性控制策略的改进鲸鱼优化算法,加速寻优算法迭代过程的收敛;再利用自适应差分进化算法丰富算法种群个体信息,增强优化算法的全局收敛性;同时将适应度较好的个体信息保存到集合中,以保证下一次迭代寻优方向的可靠性,最终实现对最优解位置的快速解算。仿真结果表明,基于本文算法设计的多用户检测器相比采用遗传算法、差分进化算法,以及鲸鱼优化算法的多用户检测器寻优迭代次数更少,且误码率低。     

基于LTE-QC结构的速率兼容LDPC码优化构造方法

LDPC码是低密度的线性分组码,此种码的低密度特性使其具有逼近香农限的优良性能,从而成为纠错码研究的热点.对LDPC码的速率兼容构造进行系统的分析和研究,在此基础上进一步研究了速率兼容LDPC码的编/译码算法以及构造,并以IEEE802.16e协议规定的LDPC码为基础,用一种基于树形结构的短环检测方法进行短环检测,并且对其中的六环进行处理,得到一种经过短环结构优化的LTE-QC-LDPC码,同时给出了在AWGN信道下使用BP译码算法的误码性能仿真图.研究和仿真结果说明,经过六环优化后的LTE-QC-LDPC码具有很好的速率兼容特性,并且可以线性编码具有良好的误码率性能.