調(diào)距槳推進系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計.pdf

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1、呂音：調(diào)距槳推進系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計·27·調(diào)距槳推進系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計青(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程系，武漢430050)提要通過對遺傳算法在船舶調(diào)距槳推進系統(tǒng)綜合優(yōu)化中的具體實現(xiàn)過程的介紹，闡述了調(diào)距槳推進系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的基本方法。關(guān)鍵詞調(diào)距槳推進系統(tǒng)遺傳算法優(yōu)化設(shè)計中圖分類號U662文獻標(biāo)識碼A1前言調(diào)距槳推進系統(tǒng)主要包括主機、傳動設(shè)備、軸系和螺旋槳，其中的主機和螺旋槳最為重要。對于這樣一個仿真對象，經(jīng)過劃分和過程分解，整個系統(tǒng)可看成是由幾個子系統(tǒng)組成，用集中參數(shù)化對系統(tǒng)進行簡化，再經(jīng)過合理的綜合處理，可建立如圖1所示

2、的物理模型。圖1可調(diào)漿推進系統(tǒng)物理模型對推進系統(tǒng)控制方法采用智能控制技術(shù)，而對其進行優(yōu)化一般是指在給定約束條件下選取合適的推進系統(tǒng)控制參數(shù)，使得所設(shè)計的船舶推進系統(tǒng)具有最佳的快速性能和控制性能。2設(shè)計變量的選擇選取某型艦調(diào)距槳推進模糊控制系統(tǒng)來設(shè)計變量。分析本設(shè)計的仿真物理模型，其中有兩個模糊控制器，一個是控制螺旋槳的轉(zhuǎn)速咒的模糊控制器，通過調(diào)速器主要轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)；另一個是控制螺旋槳螺距H的模糊控制器，通過螺距調(diào)節(jié)機構(gòu)來實現(xiàn)。并由此選取目標(biāo)航速V，盤面比A。／A。、螺距比H／D以及轉(zhuǎn)速PID控制器的三個控制系數(shù)K。、

3、K2、K。和螺距PID控制器的三個控制系數(shù)K。、K。、K。。將作者簡介：呂青(1968一)，女，副教授。這九個參數(shù)為設(shè)計變量，它的向量表達式為X={X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，Xg)丁={V，AE／Ao，H／D，K1，K2，K3，K4，Ks，K6}T(1)3控制目標(biāo)函數(shù)3．1快速性綜合分析對軍艦而言，快速性是一項重要的性能指標(biāo)，常^Z／3V173用海軍系數(shù)C。一l塵1≥上來衡量船舶的線型阻力性能，用推進系數(shù)Pc=17H·r／o·r／R·班來衡量推進效率，綜合后可以得到某型艦的海軍系數(shù)墾CsF=瓦

4、1x瓦1一碰潘艫Csr是一個綜合衡準因子，可以衡量船舶線型優(yōu)劣及螺旋槳的敞水效率的優(yōu)劣，因此，可以用來衡準快速性，則目標(biāo)函數(shù)為P。f(x)=c卵=碰參艫一南A廿^y凸ye2)式中△——排水量，V——船舶的航速，PE——船舶有效功率，P?！饕敵龉β剩稹硇?，7／o——螺旋漿敞水效率，亦——相對旋轉(zhuǎn)效率，'7S——軸系傳送效率。3．2經(jīng)濟性綜合分析船舶動力裝置的經(jīng)濟性主要是指燃油經(jīng)濟性，可采用動力裝置每海里航程耗油量作為衡準因子，即bM=蘭17(3)式中B——動力裝置每小時燃料消耗量，B—b。×PE；b。

5、——燃油機的有效燃消耗率，·28·造船技術(shù)2010年第1期(總第293期)PE=Ps×17HXr／0×】7R×奔。目標(biāo)函數(shù)為№)=6M一號一墮盟血筍地(4)3．3總目標(biāo)函數(shù)設(shè)計選擇將快速性和經(jīng)濟控制目標(biāo)函數(shù)的乘積作為優(yōu)化設(shè)計的總目標(biāo)函數(shù)，即F(X)=，(X)·^(X)(5)4約束條件4．1力平衡條件為使船舶達到設(shè)計航速V。，螺旋槳所發(fā)出的有效推力Te應(yīng)等于航速K時的船體阻力R，即丁e—R=(1一￡×tP)KT印2D4一s×Ⅵ(6)4．2運動條件螺旋槳的進程比．廠與它的直徑D，螺旋槳轉(zhuǎn)速九，船舶航速協(xié)和伴流系數(shù)W，保

6、持臺下關(guān)系。卜墚XVs一0(7)。竹×D?4．3不發(fā)生螺旋槳空泡的條件螺旋槳的盤面比A。／A。必須大于或等于不發(fā)生空泡要求的最小盤面比(Ae／A。)min，即AE／Ao≥(AE／Ao)min(8)4．4各參數(shù)的取值在限定的范圍內(nèi)對于等式約束條件，由于仿真模型是在其等式基礎(chǔ)上建立起來的，所以等式約束條件是實時滿足的，而對于不等式約束條件，需要將其轉(zhuǎn)化為懲罰函數(shù)吸收在總的目標(biāo)函數(shù)當(dāng)中。5遺傳算法優(yōu)化過程5．1編碼眾所周知，遺傳算法中進化過程是建立在編碼機制基礎(chǔ)上的，編碼對于算法的性能如搜索能力和種群多樣性等影響很大。編

7、碼方式主要分為浮點數(shù)編碼和二進制編碼兩種，就二進制編碼和浮點數(shù)編碼比較而言，一般二進制編碼比浮點編碼能力強。編碼、解碼操作簡單，交叉、變異等遺傳操作便于實現(xiàn)，但浮點編碼比二進制編碼在變異操作上能夠保持更好的種群多樣性?；谝陨峡紤]，采用二進制編碼。5．2選擇選擇是實現(xiàn)進化的重要一環(huán)，許多學(xué)者提出了種種不同的選擇方法，本設(shè)計采用比較通用的輪盤賭法。具體步驟如下。(1)計算各級每個染色體Vi(i=1，2'．．·，pop—size)的適應(yīng)值eavl(vi)；翼墜堂(2)計算群體的總適應(yīng)值F=≥：aval(砧)；i=l(3

8、)計算每個染色體yi(i=1，2，?，pop—size)的選擇概率Pi：Pi=eavl(vi)／F；(4)計算每個染色體V，(i=1，2，?，pop_size)f的累積概率qj：qi=≥：Pj；J=1對輪盤轉(zhuǎn)動pop—size次，每次按照下面的方法為新群體選擇一個單個的染色體。①產(chǎn)生一個在區(qū)間[o，1]里的隨機浮點數(shù)r；②如果r(q，，選擇第一個染色體(V；