基于遗传算法的舵型参数优化.pdf

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1、控制理论与应用《自动化技术与应用》2012年第31卷第12期ControlTheoryandApplications基于遗传算法的舵型参数优化梁利华．盛晓亮。张松涛，刘厚文(哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：舵是船舶操纵运动的主要控制装置，舵叶转动产生转船力矩从而使船转向来达到控制航向的目的。在舵设计过程中，包括选取舵型，舵面积，展弦比等参数，研究表明，优化展弦比与优化其他舵参数相比，可以更好的改善舵效。本文采用四自『{1度的船舶运动数学模型，以舵面积和展弦比为优化参数，通过遗传算法对其进行优化选取。仿真结果表明，通过遗传算法的参数优化使船在回转过程中回转半径与稳定外

2、倾的综合控制效果达到最佳。关键字：舵；操纵性；遗传算法；参数优化中图分类号：U661文献标识码：A文章编号：1003—7241(2012)12--001卜05OptimizeRudder’SParametersBasedOnGeneticAlgorithmLIANGLi-hua，SHENGXiao·liang，ZHANGSong-tao，LIUHou-wen(CollegeofAutomation，HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001China)Abstract：Rudderisthemostimportantcontrollingdevicein

3、shipmaneuvering，withtheviewofcontrollingheading，whentheshipturnbymoment，itisfromrudderbladeturning．Manyparametersareinvolvedinrudderdesignsuchasrudder’Sshape，area，aspectratio．Researchshowsthattheincreasingofrudderaspectratioisthebestoptiontoreceivehighestperformanceofrudderthananyotherchangeofrudde

4、rparameters．Inthisresearch，fourdegreesoffreedommotionmathematicalmodelaboutashipisbuilt，theareaandtheaspectratioasanoptimalparameterisoptimizedbygeneticalgorithm．Theresultofsimulationindicatesthattheoptimalparametermaketheeffectofturningradiusandheeltobethebestbygeneticalgorithm．Keywords：rudder；man

5、euvering；geneticalgorithm；parameteroptimation1引言析，选取NACA型舵剖面，得出舵面积和展弦比的选择舵是保证船舶操纵性能的主要控制装置。它的灵对于船舶操纵性起到至关重要的作用，本文用遗传算法活性和机动性是保证船舶安全航行的重要因素，特别是对舵面积及展弦比进行寻优，所得最优解使船的回转半在船舶回转过程中，回转半径的大小是船舶操纵性能的径和稳定横倾的综合控制效果达到最优。重要体现，同时回转中伴有横倾，过大的横倾角将会造成船舶倾覆的危险。在国际海事组织(IMO)通过的船2操纵运动数学模型舶操纵性标准中规定船舶在静水中回转运动的横倾2．1船舶运动数学模型

6、角013．0，回转运动的战术直径为船长的5～7倍。在操舵使船改变航向的同时也伴有横倾，所以针对船横倾角符合要求的情况下，船舶回转运动中的回转直径舶运动的特点，建立船舶纵荡、横荡、横摇、艏摇四自越小，可以说船舶操纵性越好，所以回转性与船舶避让、由度非线性的数学模型[1l。靠离码头、灵活掉头等都密切相关。在完成船舶操纵模(，+，)一(，+v)vr=X日+X尸+型的基础上，通过对舵参数影响舵力及力矩的理论分(+m)+(，，z+mx)ur++(，+I，)=K日+P+R(1)1，工+J=NH+NP+NR收稿日期：2012—06—07《自动化技术与应用2012年第31卷第l2期工业控制与应用ndustr

7、yControlandApplications式中：脚为船舶质量，m，m为船舶的附加质量，，为水动力平行于来流方向的分量；法向力，垂直于，舫，，为转动惯量，‘，，I，为附加转剖面弦长方向的水动力分量；切向力P，平行于剖面弦动惯量，u，，p，，分别是船的纵荡速度、横荡速度、长方向的水动力分量。横摇角速度和艏摇角速度，下标代表水动力，下标尸水动力合力尸与相关分量之间的关系为：代表推进力，下标尺代表舵力[。P==(