面向多目標(biāo)遺傳優(yōu)化的AUV概念設(shè)計(jì).pdf

1、概念設(shè)計(jì)的根本是創(chuàng)新和革新,概念設(shè)計(jì)過(guò)程是從邏輯思維到發(fā)散思維不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程。目前,自主式水下機(jī)器人(Autonomous Underwater Vehicle,簡(jiǎn)稱AUV)在海洋方面的潛在應(yīng)用價(jià)值廣泛引起了各國(guó)的重視,并開始了對(duì)AUV的研究工作。在AUV的使用環(huán)境和任務(wù)要求確定之后,首先要做的就是對(duì)AUV進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。
　　從傳統(tǒng)意義上講,AUV的設(shè)計(jì)過(guò)程大部分都是采用由特定的經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)法則所支配的設(shè)計(jì)方法。因?yàn)锳UV的概念

2、設(shè)計(jì)過(guò)程中存在著多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題,而這些傳統(tǒng)的方法無(wú)法充分考慮各個(gè)學(xué)科之間的耦合作用,優(yōu)化結(jié)果達(dá)不到系統(tǒng)整體最優(yōu),存在著很多弊端。隨著AUV設(shè)計(jì)的不斷發(fā)展,概念設(shè)計(jì)的進(jìn)程也在不斷創(chuàng)新。在AUV概念設(shè)計(jì)的過(guò)程中,研究者們開始將多目標(biāo)智能優(yōu)化算法應(yīng)用于AUV概念設(shè)計(jì)中的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題。
　　本課題對(duì)AUV在總體概念設(shè)計(jì)階段的多學(xué)科和多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了研究,采用多目標(biāo)進(jìn)化算法(MOEA)中的改進(jìn)的非支配解排序的多目標(biāo)進(jìn)化優(yōu)化算法(NSG

3、A-II)來(lái)解決AUV概念設(shè)計(jì)中存在的優(yōu)化問(wèn)題,考慮了AUV的三個(gè)性能評(píng)估即效能、成本和風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)算法來(lái)對(duì)這三個(gè)目標(biāo)在設(shè)計(jì)空間內(nèi)搜索可行性和最優(yōu)解設(shè)計(jì)。
　　首先建立了AUV的系統(tǒng)模型。AUV的系統(tǒng)模型由一個(gè)輸入模塊,三個(gè)主要的AUV綜合模塊,一個(gè)約束模塊、三個(gè)目標(biāo)模塊和NSGA-II優(yōu)化算法組成。AUV的效能是根據(jù)美國(guó)海軍UUV主計(jì)劃(USNavy,2004)的九個(gè)任務(wù)和根據(jù)綜合模型由專家確定的四個(gè)附加屬性定義的。AUV的風(fēng)險(xiǎn)包

4、括性能、成本和進(jìn)度三種風(fēng)險(xiǎn)。AUV的13種效能和3種風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重值的確定是一個(gè)多屬性決策問(wèn)題,為了解決此問(wèn)題,論文采用了層次分析法(AHP)來(lái)確定AUV的效能和風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重值。
　　其次論文運(yùn)用多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的思路,研究了AUV概念設(shè)計(jì)階段的多目標(biāo)的優(yōu)化,并給出了優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型,并運(yùn)用改進(jìn)的非支配解排序的多目標(biāo)進(jìn)化優(yōu)化算法(NSGA-II)對(duì)AUV的成本、風(fēng)險(xiǎn)和效能進(jìn)行了優(yōu)化,最終給出了Pareto解集。一旦NSGA-II算法產(chǎn)生最后