[发明专利]一种基于粒子群算法的水下航行器内部组件分层布局方法

说明书

本发明涉及一种基于粒子群算法的水下航行器内部组件分层布局方法，建立水下航行器的分层布局优化模型，初始化上层优化中大尺寸组件布局，采用粒子群算法进行下层布局优化，确定各个上层粒子对应的大组件布局方案的历史最优方案，以及所有这些历史最优布局方案中的全局最优方案。有益效果：符合工程实际操作需求，且能够降低布局优化设计的复杂度，提高水下航行器布局优化的效率。在下层布局优化中，约束判断时采用小组件的外接球判断各组件是否干涉，可以保证在充分利用舱体空间的同时简化约束判断的复杂度，进一步提高优化效率。

技术领域

本发明属于水下航行器内部组件的布局优化，涉及一种基于粒子群算法的水下航行器内部组件分层布局方法。

背景技术

水下航行器是指能够自主航行进行海洋探测、海上搜救等任务的水下机器人，具有自主性强、机动性高、适应能力强等优点，在海洋资源探测和开发中受到越来越多的重视。作为一个复杂的智能系统，水下航行器需要搭载许多组件(导航系统组件、控制系统组件、动力推进系统组件等)，通过合理的组件布局，可以有效减少航行器体积，提高稳定性、平衡性，降低成本，因此本发明具有重要的应用背景。

水下航行器内部组件布局优化技术是指将已知形状的内部组件按照一定的要求(如不干涉，装填紧凑性等)合理放置在航行器的装载空间内，主要包括优化模型建立和算法研究两方面。优化模型建立是指通过选择合适的航行器以及各组件几何模型的建立方法，分析几何模型尺寸，定义布局优化的目标和约束，建立优化的数学模型；算法研究是选择合适的优化算法，并根据航行器内部组件布局特点建立优化框架。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于粒子群算法的水下航行器内部组件分层布局方法，针对一种回转体外形水下航行器的中段壳体内部布局进行优化设计，中段壳体是中空的圆柱形壳体。航行器中段壳体包含电池组件(电池组、供电控制器等)、总体控制组件(控制计算机、数据采集计算机等)、动力控制组件(尾段控制器等)、传感组件(深度传感器等)等各种组件，且各种组件大小不一、质量不等。因此，根据航行器组件的特点，结合粒子群算法，本发明提出一种分层优化框架进行航行器布局优化设计，提高航行器布局设计效率。

技术方案

一种基于粒子群算法的水下航行器内部组件分层布局方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、建立水下航行器的分层布局优化模型：通过对航行器内部组件进行分类，根据航行器中段舱体的尺寸和内部各组件的尺寸大小将组件分为大尺寸组件和小尺寸组件两类，然后确定水下航行器布局设计过程中的变量、目标和约束，在此基础上建立水下航行器的分层布局优化模型，上层优化大组件的空间布局，下层优化小组件的布局，分层布局优化问题的数学模型描述如下：

Min L＝f_u(x_u,x_l)

x_u∈S_u,x_l∈S_l

s.t.g_j(x_u,x_l)≤0,j＝1,...,q_u

h_k(x_u,x_l)＝0,k＝1,...,r_u