[发明专利]一种民用飞机飞行试验科目安排及优化方法

权利要求书

1.一种民用飞机飞行试验科目安排及优化方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1.参数初始化

对试飞科目安排及优化问题的参数进行初始化，包括试验机参数、试飞科目参数、遗传算法相关参数；

步骤2.编码与种群初始化；

用科目序列对染色体进行编码，每个科目序列是科目编号1～N的一种排列，序列中的每个科目编号对应染色体中的一位基因；随机生成NP个自然数1～N的排列，得到NP个科目序列，每个科目序列作为一条染色体，得到规模为NP的初始种群；记第k条染色体对应的科目序列S_k如下所示：

S_k＝[n_k1 n_k2...n_kN]

式中n_k1,n_k2,...,n_kN表示科目序列中的第1～N个科目的科目编号，k＝1,2,...,NP；

步骤3.变异操作

对每条染色体进行变异操作，变异概率为p_mut，对于第k条染色体，k＝1,2,...,NP，首先按照均匀分布生成一个0～1之间的随机实数r₁，若r₁p_mut，则该染色体保持不变，否则随机选择该染色体中的一段基因，位置与长度均随机，将基因次序随机打乱；

步骤4.交叉操作；

选择第2k′条染色体与第2k′-1条染色体进行交叉操作，其中k′＝1,2,...,NP/2，交叉概率为p_cro；首先按照均匀分布生成一个0～1之间的随机实数r₂，若r₂p_cro，则保持两条染色体不变，否则进行如下操作：建立第2k′条染色体S_2k′的副本为S′_2k′，建立第2k′-1条染色体S_2k′-1的副本为S′_2k′-1，随机选择S′_2k′上的一段基因，参照S_2k′-1上的相同基因的相对位置进行重新排列，然后随机选择S′_2k′-1上的一段基因，参照S_2k′上的相同基因的相对位置进行重新排列，用S′_2k′和S′_2k′-1分别替换S_2k′和S_2k′-1；

步骤5.目标函数值计算；

计算每条染色体对应科目序列的目标函数值；

所述步骤5中，目标函数值计算；

计算每条染色体对应科目序列的目标函数值，对于科目序列S_k，目标函数的计算步骤如下所示：

(a)科目安排结果初始化：设试飞科目安排结果X如下所示：

式中X_m表示第m架试验机的科目安排结果，K_m表示第m架试验机承担的试飞科目数量，x_mi表示第m架试验机按时间次序试飞的第i项科目，i＝1,2,...,K_m；

初始化X_m为空向量，m＝1,2,...,M，初始化已安排科目集合OverSbj为空集；

(b)选择安排科目：按照当前S_k的科目次序，选择第一个达到试飞状态即满足如下约束的科目，设该科目的编号为s：

式(2)表示科目s的前置科目集合PrSbj_s中的所有科目均已经安排完成；

(c)确定所选科目在各架试验机上的最早可开始试飞日期；

确定所选科目在各架试验机上的最早可开始试飞日期的步骤为：

设科目s在第m架试验机上的最早可开始试飞日期为同时满足以下约束：

i)科目前置关系约束：对于每一个试飞科目，只有当试飞科目所有的前置科目全部完成后，该科目才能开始进行试飞；科目前置关系约束如下所示：

式中datesbj_end_i表示第i项试飞科目的结束日期；

ii)试验机出厂日期约束：试飞科目不能安排在其所在试验机出厂之前试飞，该约束如下所示：

iii)可选架机约束：考虑试飞科目对试验机构型及测试改装的要求，以及各试验机的实际构型及测试改装情况，每项试飞科目只能由指定的试验机进行试飞，科目可选架机约束如下所示：

式(5)表示如果第m架试验机不在科目s的可选架机集合SelPlane_s中，则该试验机可试飞该科目的日期为无穷远，即不能承担该科目的试飞；

iv)试飞窗口期约束：科目必须安排在其要求的试飞窗口期内进行试飞，该约束如下所示：

式中表示日期所在的月份，表示日期推迟tsbj_s/α天后所在的月份，即科目的结束日期所在的月份；

根据式(3)-式(5)确定的最早日期，如果最早日期在科目的试飞窗口期内，则最早日期作为科目的最早可开始试飞日期；如果最早日期不在试飞窗口期内，则科目的最早可开始试飞日期为该日期之后的第一个窗口期的开始日期；

(d)选择试验机：比较科目s在各架试验机上的最早可开始试飞日期m＝1,2,...,M，选择日期数值最小即最早可试飞科目s的试验机承担该科目的试飞工作；

(e)确定科目的开始与结束日期：科目s的开始与结束日期分别为datesbj_st_s和datesbj_end_s，计算公式如下所示：

(f)从S_k中删除科目s，并将s加入OverSbj；

(g)重复步骤(b)～步骤(f)，直到S_k为空向量，即完成所有科目的安排；

(h)计算目标函数值：科目序列S_k的两个目标函数f₁(S_k)和f₂(S_k)的计算公式如下所示：

式(8)中(datesbj_st_n-dateplane₁).days表示第n项试飞科目的开始日期datesbj_st_n与首架试验机出厂日期dateplane₁相差的天数，(datesbj_end_n-dateplane₁).days表示第n项试飞科目的结束日期datesbj_end_n与首架试验机出厂日期dateplane₁相差的天数；两个目标函数f₁(S_k)和f₂(S_k)的关系是主次关系，第一目标函数minf₁表示使试飞总周期最短，第二目标函数minf₂表示各科目尽可能早地进行试飞；

步骤6.选择操作；

采用锦标赛选择方式执行选择操作，得到新的种群；进行NP次选择操作，每次随机选择两条染色体，比较第一目标函数值，选择函数值较小的染色体进入下一代；如果第一目标函数值相同，则比较第二目标函数值，选择函数值较小的染色体进入下一代；如果第一、第二目标函数值均相同，则从两条染色体中随机选择一条进入下一代；选择操作为有放回选择，即经过比较后的两条染色体放回原始种群，之后仍有机会再次参与比较；

步骤7.重复步骤3～步骤6，直到迭代次数达到最大迭代次数NM，输出种群中的最优染色体，作为最优的科目序列，记为S^*；

步骤8.按照步骤5中的步骤(a)～(h)，针对科目序列S^*进行科目安排，并计算目标函数值，得到最优的科目安排结果以及最优的目标函数值。