[发明专利]一种基于改进乌鸦算法的AUV外形优化方法

权利要求书

1.一种基于改进乌鸦算法的AUV外形优化方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、建立AUV的外形设计数学模型：采用阻力小，能耗低的Myring外形

其中，a为艏部长度，b为中部长度，c为艉部长度，d为中部直径，θ为艉部包角，m为Myring系数；r1、r2以及r3分别是Myring外形的艏部曲线方程、中部曲线方程以及艉部曲线方程；

步骤2、AUV阻力计算：AUV所受阻力为摩擦阻力和压差阻力，二者阻力系数的和为AUV阻力系数；

C＝C_B+C_D

C_D＝C_f[1+1.5f^3/2+7f³+0.002(C_p-0.6)]

其中，C即为所求的阻力系数和，C_B为压差阻力系数，C_D为摩擦阻力系数；f为长径比，Cf为摩擦阻力系数，C_P为棱形系数，Re为雷诺数，V为AUV的排水体积，L为长度，ρ为海水密度，V_A为AUV速度，u为动力粘性系数，d_b艉部曲线段后端面直径，Ss为湿表面积，

步骤3：以a、b、c、d、θ、m表示AUV的外形的6个参数，进行AUV外形的参数化，采用MATLAB对AUV外形进行三维建模，以AUV阻力系数和C为目标函数；

步骤4：通过改进乌鸦算法进行迭代循环，直到达到最优条件，步骤为：

1)初始化问题以及两个参数fl和AP：

初始化乌鸦的位置以及记忆：在设计可行空间内，对6个变量a、b、c、d、θ、m进行随机采样，记录为乌鸦藏食物的当前记忆位置，然后利用参数化过程，建立AUV的三维模型，并进行CFD计算，得到目标函数值即阻力系数的值；

2)乌鸦跟踪其他乌鸦行为：

6个设计变量的更新公式为：

x^i,iter+1＝x^i,iter+r_i×fl^i,iter×(m^j,iter-x^i,iter)r_i≥AP

x^i,iter+1＝x^i,iter+r_i×fl^i,iter×(x^i,iter-m^j,iter)r_i≤AP

其中，ri是随机产生的一个0到1之间的随机数，用于和AP值进行比较；x为进化过程中的设计变量组合、m为记录了6个设计变量目前得到的阻力系数值最小的变量组合；设计变量的组合每次随机选择一个记录的最优设计变量的组合向其靠拢，fl就是乌鸦每次飞行的距离，AP是乌鸦的感知概率；

3)边界处理：对参数的更新超出了设计空间的变量，采用设计空间变量的边界值附近的值，设定为每个参数的当前值；对超出上边界的乌鸦，给其一个上半空间的随机位置，超出下边界的同理；

其中，upper和lower是参数的上、下界；

4)保持种群的多样性，引入另外的一个小参数ap，当一个随机值rand大于它时采用基于反对的学习策略，当小于它时，对6个参数在设计空间内随机取值；

5)引入一个结果反馈机制：当目标函数阻力系数的值不再减小时，减小参数ap的值，对当前记录的6个变量的阻力系数最小的值所在的空间，加强局部搜索，以找到更优的外形阻力系数值。