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当期目录

2021年 第16卷  第4期

2021 年 4 期目录
2021, (4): 1-2.
摘要:
数据驱动的舰船优化设计
大规模黑箱优化问题元启发式求解方法研究进展
江璞玉, 刘均, 周奇, 程远胜
2021, 16(4): 1-18. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02248
摘要:
大型复杂工程装备的优化设计通常为高复杂度、高维度的优化问题,即所谓的大规模黑箱优化问题,其特点是目标函数和/或约束函数解析式不可知且设计变量维度很高。近年来,大规模黑箱优化问题在各领域引起了学者们的兴趣,而元启发式算法被认为是求解该问题的有效方法。为此,全面总结了近年来求解该问题的元启发式算法的研究进展,包括使用与不使用分解策略的元启发式算法,以及处理大规模昂贵优化问题的代理模型辅助元启发式算法,并指出了针对此问题的元启发式求解方法未来可能的研究方向。
不确定性传播的混沌多项式方法研究进展
熊芬芬, 陈江涛, 任成坤, 张立, 李泽贤
2021, 16(4): 19-36. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02130
摘要:
不确定性在工程设计中广泛存在,作为工程设计中的核心内容之一,不确定性传播和量化一直都是工程设计领域重要的理论课题之一。混沌多项式作为一种高效的不确定性传播方法近年来得到了广泛研究和应用,具有较大的工程应用潜力。为此,对混沌多项式方法的研究进展进行综述。首先,介绍该方法的应用场景和基本原理;其次,针对混沌多项式应用中面临的“维数灾难”、计算量大等难题,介绍基截断、稀疏重构、稀疏网格、多可信度建模等诸多解决策略;然后,对基于混沌多项式的全局和局部灵敏度分析方法进行介绍;最后,对混沌多项式的研究进行展望。
基于置信区间的约束多精度序贯代理模型优化方法及应用
钱家昌, 程远胜, 张锦岚
2021, 16(4): 37-43. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02025
摘要:
  目的  水下结构物优化设计领域面临着仿真耗时优化的难题。针对目标不耗时、约束耗时这类优化问题,开展多精度数据来源情况下的约束序贯代理模型优化方法研究。  方法  提出一种基于置信区间的约束多精度序贯Co-Kriging代理模型优化方法(MF-SCU-CI),建立能综合评估代理模型不确定性水平、高/低精度模型相关程度以及成本系数的Co-H函数,用于指导序贯优化过程。然后,通过3个典型的数值测试函数和纵横加筋圆锥壳结构振动优化工程案例进行应用研究。  结果  结果表明,所提出的MF-SCU-CI方法较基于置信区间的约束单精度序贯代理模型优化方法(SCU-CI)具有更优的可行性比率,且优化求解效率更高,能够进一步减少耗时的仿真次数。  结论  该方法适用性好,具有良好的工程应用前景。
船舶强框架序贯代理模型辅助遗传优化方法
汪俊泽, 王元, 易家祥, 韩涛, 江璞玉, 吴嘉蒙, 程远胜, 刘均
2021, 16(4): 44-52. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02118
摘要:
  目的  共同结构规范(CSR)要求下的船舶强框架结构优化存在约束条件多、计算耗时、可行性判断复杂的特点。应用静态代理模型辅助优化算法求解该问题时,因其关注的是模型的整体预测精度,故在样本容量较小的情况下无法保证关键区域的模型预测精度。针对该问题,提出基于序贯代理模型辅助遗传算法的强框架优化方法。  方法  首先,分析CSR对强框架结构的约束要求,根据约束类型,将原始的675条约束缩减为2条积极约束,再对目标函数和约束函数建立代理模型。然后,基于可行性准则,利用遗传算法对代理模型进行优化求解,得到优化解后,计算优化解的真实响应并更新代理模型,再利用期望可行性函数(EFF)准则更新约束代理模型,提高代理模型在约束边界上的精度,如此迭代求解多次,最终得到满足约束条件的全局最优解。  结果  强框架优化结果显示,所提序贯代理模型算法能够在相同,甚至更少的计算资源下得到优于基于静态代理模型优化算法的优化解,最终实现设计区域减重达15.55%。  结论  提出的序贯代理模型算法显著优于静态代理模型算法,在复杂约束下的船舶结构优化问题上有着较好的应用价值。
基于并行变可信度置信下界算法的航行体天线罩结构优化设计
程吉, 魏海鹏, 林毅, 刘华坪, 舒乐时, 周奇, 蒋平
2021, 16(4): 53-62. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02031
摘要:
  目的  为了使水下发射的航行体天线罩结构在满足碰撞性能要求的条件下,尽可能减轻结构质量,提出一种并行变可信度置信下界(PVF-LCB)算法,对航行体天线罩结构尺寸进行优化设计。  方法  变可信度置信下界(VF-LCB)函数在设计过程中可自适应地分配计算资源,可以使用高/低精度代理模型构建影响函数(IF),选取对模型改善较大的多个样本点,最后与相应的约束处理策略结合,从而对航行体天线罩结构尺寸进行优化。  结果  提出的方法使航行体天线罩的结构尺寸优化设计满足了要求,且质量比基于变可信度代理模型的串行优化方法降低了约50%,并缩短了设计优化时间;相比单精度并行优化方法,天线罩质量降低约30%,搜索优化可行解的效率得到提高。  结论  该方法在航行体的天线罩结构优化设计中不仅缩短了设计周期,而且提高了优化解的质量,在工程应用中具有一定的发展前景及指导意义。
水下非均匀环肋圆柱壳多学科设计优化
李静茹, 刘江, 黎胜
2021, 16(4): 63-69. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02111
摘要:
  目的  水下结构对强度、质量和振动噪声等的要求严格,为提高结构整体性能,从多学科角度优化水下结构设计具有重要意义。  方法  首先,采用改进的目标传递方法和代理模型优化水下结构振动声辐射设计,即采用改进的目标传递方法(将拉格朗日对偶原理运用到传统分级目标传递法中)实现对设计问题的分级和不同学科性能下的并行优化,并构建Kriging代理模型来解决水下结构振动声辐射计算耗时的问题;然后,以水下环肋圆柱壳(水下航行器)为例,针对轻量化、强度、振动与声辐射方面的要求,选取6个设计变量,以环肋圆柱壳的质量、应力、共振频率及其所处位置的声功率级作为目标函数,建立并行模型进行多学科设计优化。  结果  结果表明,Kriging代理模型可准确和实时预报空间任一点的响应;改进的目标传递法不仅获得了多学科优化结果,且与传统传递方法相比收敛性提高了30%。  结论  研究表明,基于所提方法得到的多学科设计优化结果更理想且收敛性更好。
翼身融合水下滑翔机舱体−骨架耦合结构的离散优化设计
董华超, 王鹏, 张益进
2021, 16(4): 70-78. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02178
摘要:
  目的  运用基于数据驱动的离散优化思路,对翼身融合水下滑翔机舱体−骨架耦合结构进行优化设计。  方法  首先,采用一种Kriging辅助的离散全局优化(KDGO)算法解决计算代价昂贵的黑箱问题,该算法采用一种新颖的加点策略来捕获性能较好的离散样本点,并在该加点策略中引入多起点数据挖掘方法,主要包含多起点优化、投影、采样和选择4个阶段。其次,建立骨架−舱体耦合结构的参数化模型,并对耦合结构进行吊放变形和深水受压工况的有限元分析。接着,以浮−重比为目标,把骨架结构、舱体结构的强度与稳定性指标作为约束,同时考虑外形和舱体之间的干涉以及骨架和舱体的耦合关系,建立整体耦合结构的离散优化数学模型。最后,将离散优化算法与耦合结构仿真相结合,搭建整体优化框架,同时采用KDGO算法进行200次函数评估,并对实验设计(DOE)采样阶段最优可行点和优化后全局最优点进行对比。  结果  结果显示,全局最优点所对应耦合结构的浮−重比提升了近40%,结果令人满意。  结论  所做研究可为翼身融合水下滑翔机舱体−骨架耦合结构的设计提供参考。
基于梯度增强Kriging方法的水下航行器结构优化设计
陈力铭, 邱浩波, 高亮
2021, 16(4): 79-85. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02066
摘要:
  目的  船舶结构优化设计过程通常涉及对高精度数值仿真进行响应分析,其耗时特性决定了可调用的仿真次数十分有限,使得优化过程受到限制。为了探索基于梯度增强Kriging代理模型的高效设计优化方法,缩短设计周期,节省设计成本,提出基于缩减型梯度增强Kriging的加点策略,仅在有实际改进的采样位置进行梯度计算,以减少仿真调用次数。  方法  首先,使用多起点局部优化算法搜索改进期望函数的若干局部最优解作为候选加点位置;然后,计算相应的近似驻点概率,并根据改进期望值和近似驻点概率值的一致程度来确定加点位置,从而提高优化效率;最后,针对某水下航行器结构进行优化设计,以提高其水下无约束自由振动时的第7阶固有频率为目标,对所提方法的可行性进行验证。  结果  结果表明,优化后的固有频率值与基准型相比提升了14.6%,方法的可行性得到验证。  结论  所提方法可以将基于梯度增强Kriging代理模型的优化方法泛化至梯度信息只能通过有限差分法获取的场景。
基于深度学习的多级曲线加筋壁板布局优化设计
张坤鹏, 郝鹏, 段于辉, 刘大川, 王博, 王宇同
2021, 16(4): 86-95. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02188
摘要:
  目的   在航空、航天、船舶等领域的结构设计中,因结构的功能性需求,存在大量开口薄壁结构,导致承载性能明显降低。曲线加筋方式虽然在改善开口结构的承载性能方面潜力极大,但设计变量的激增对结构优化提出了挑战。利用数据驱动的深度学习方法,针对含曲筋布局的开口多级加筋壁板开展优化设计。   方法   针对开口多级曲线加筋壁板,提出结构参数特征图像化表征方法,建立面向结构响应特征学习的深度学习网络模型,实现数据驱动下的结构优化设计,并与经典的由结构数值参数构造的代理模型进行比较。   结果   结果显示,所提基于图像识别的结构特征学习模型的预测精度改善了约1倍;基于学习模型开展结构的优化设计,多级正交加筋结构的承载性能提升了10.78%,多级曲线加筋结构的承载性能提升了18.19%。   结论   研究表明,对于设计变量数众多且数量动态变化的开口多级加筋壁板,基于深度学习的结构优化方法更有效;相较传统直筋构型,曲筋方式能更有效地对开口结构承载性能进行补强。
基于兴趣子域动态代理模型的船舶结构可靠性优化
罗文俊, 王德禹
2021, 16(4): 96-107. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02043
摘要:
  目的  针对常规船舶结构可靠性优化设计中因高度非线性导致难以同时保证代理模型拟合精度和优化效率的问题,提出基于兴趣子域动态代理模型的可靠性优化方法。  方法  运用序贯优化与可靠性评估法(SORA)的兴趣子域概念,确定兴趣子域的范围,基于信息熵函数H制定自适应空间减缩规则,以缩减设计空间,进而构造基于兴趣子域的自适应空间减缩序贯抽样策略,从而采用尽可能少的样本点构造对兴趣子域进行局部高度拟合的Kriging动态代理模型, 并将代理模型和多岛遗传算法(MIGA)嵌入SORA中进行可靠性优化。提出概率约束可行性检查方法,以减少不必要的可靠性评估过程。同时,通过数学算例对该可靠性优化方法进行验证。  结果  结果显示,最优解与理论解的相对误差为0.066 8%,与文献中的最优方法相比减少了40.6%的功能函数调用次数,证明了本方法的高精度和高效性。  结论  将所提方法应用于舱段结构可靠性优化设计中,舱段总质量与文献结果相比减少了0.511%,且有限元计算调用次数减少了94次,证明了所提方法的高效性和适用性。
总体与性能
X舵潜艇掉深挽回决策与控制方法
黄斌, 吕帮俊, 彭利坤, 刘金林
2021, 16(4): 108-115. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01972
摘要:
  目的  为了研究潜艇水下掉深时的挽回策略和控制方法,建立某X舵潜艇六自由度运动模型。  方法  首先,分析X舵的控制规律和潜艇的排水能力,采用多目标模糊控制方法,设计掉深挽回控制系统;其次,对潜艇在大深度航行时遭遇的不同程度掉深险情进行挽回操作仿真,并在控制器和挽回策略这2个方面对挽回控制进行改进;最后,对不同航速条件下的挽回能力进行比较。  结果  结果显示,在控制器方面,引入智能模糊积分环节可提高挽回效率;在挽回策略方面,采用纵倾辅助及提高航速的挽回策略可增强挽回能力。  结论  研究表明,X舵模糊控制系统配合提高航速及纵倾辅助的策略具有较好的掉深挽回效果。
基于智能控制的船舶水动力导数敏感性分析方法
欧阳子路, 王鸿东, 王检耀, 易宏
2021, 16(4): 116-124. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01992
摘要:
  目的  为了获得用于智能控制的船舶运动简化数学模型,以Mariner船为研究对象,提出结合标准操纵性试验与比例−积分−微分(PID)航向控制试验的敏感性分析方法。  方法  将控制指标、操纵性指标及整个时历过程典型运动状态变量平方损失进行复合分析,得到包含多维敏感性系数的数据集;引入K-means机器学习算法对该数据集进行聚类分析,完成水动力导数敏感性强弱的自动划分,进而对模型进行简化,并对所提简化模型、前人简化模型和完整模型的航向控制与航迹控制进行仿真试验。  结果  试验结果验证了所提敏感性分析方法的有效性,显示所提模型具有更高的操控预报精度。  结论  研究表明所提方法对指导基于智能控制的船舶运动建模具有一定的意义。
基于二维布置图的三维舱室自动建模技术
黄卫刚, 林科
2021, 16(4): 125-131. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01979
摘要:
  目的  为了实现舰船总体设计的布置图建模,采用图形分析技术实现舱室布置数据的自动采集。  方法  针对图纸存在的固有缺陷,提出完备的舱室边界识别算法,实现舱室边界信息的准确获取;采用舱室、点的流水号等技术实现舱室属性和舱室边界之间的高效匹配;运用分级布尔运算技术实现三维舱室的高效自动建模。  结果  该方法能够实现布置信息的自动收集和分析,简化总体设计中舱室三维建模和舱室数据的统计分析,并减少不沉性计算原始数据整理等工作的工作量,为总体设计等提供一种可信、可行的技术手段,可提高设计效率和速度,解决基于二维布置图的三维舱室自动建模问题。  结论  信息收集软件的开发及测试验证了所提方法的可行性和良好应用效果。
基于分数阶自适应滑模的船舶非线性减摇控制
方琼林
2021, 16(4): 132-139. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02069
摘要:
  目的  为了解决船舶非线性横摇的控制问题,提出一种分数阶自适应滑模控制(FOASMC)算法。  方法  运用长峰波随机海浪模型,计算随机海浪谱密度、波倾角谱密度和作用于船舶的海浪谱; 基于Lyapunov稳定性理论证明系统横摇角跟踪误差; 设计切换函数,使系统对不确定性和外部干扰具有较强的鲁棒性;分析分数阶、控制律增益、滑模面增益等参数的影响。  结果  结果表明:对于各种船速、遭遇浪向等,FOASMC得到的横摇角均值和标准差比基本滑模控制(SMC)方法的值更小。例如,当船速为10 m/s,遭遇浪向角为5°时,横摇角均值是基本SMC的25.89%,均方差是基本SMC的14.32%。  结论  所提FOASMC算法对不同船速、遭遇浪向等情况下的减摇控制效果良好,鲁棒性较强,控制输入连续,不存在过高增益。
考虑附体输入约束的高速多体船预测控制减纵摇方法
胡浩俊, 张军, 刘志林, 李国胜
2021, 16(4): 140-146. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02050
摘要:
  目的  针对高速多体船的升沉和纵摇运动幅度过大,以及减摇附体有着严格输入约束问题,提出一种基于扩展卡尔曼状态估计的预测控制减纵摇方法。  方法  建立由T型翼和压浪板作为减摇附体的多体船垂向控制模型,分析升沉/纵摇运动的耦合性以及模型的不确定性。为了获取减纵摇控制信号,将海浪有色干扰白化处理,构建扩展的多体船状态估计模型,采用自适应卡尔曼滤波器在线估计多体船的升沉速度和纵摇角速度。在此基础上,提出有输入约束的预测控制减纵摇算法,定义系统实际状态值与预测值之间的误差,获得带有线性变化误差校正的预测状态模型;通过误差反馈校正提高减纵摇控制鲁棒性,并将减纵摇控制问题转化为有输入约束的二次规划问题,通过数值解法实现预测控制滚动优化求解。  结果  仿真结果表明,在考虑反馈校正的预测控制作用下,船体升沉位移减少约40%,纵摇角减少约50%。  结论  采用反馈校正的预测控制提高了减纵摇系统的控制精度和鲁棒性,在实际工程中具有重要意义。
可变周期被动式减摇水舱设计与仿真研究
梁利华, 王继铭, 宋吉广, 李阳
2021, 16(4): 147-154. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02044
摘要:
  目的  针对半潜船在不同工作状态下横摇周期变化大的特点,设计一种周期可调的被动可控式减摇水舱,通过控制水舱内T型挡板的高度来改变水舱的固有周期,从而达到与船舶横摇周期匹配、较好的减摇效果。  方法  首先,通过计算流体力学软件分析T型挡板布置对水舱固有周期的影响,并对水舱进行优化设计;然后,为了适应半潜船在不同工作条件或不同遭遇频率的海浪,通过自回归(AR)模型对船舶横摇周期进行预报,根据预报的横摇周期调整升起挡板的数量,并对所设计的水舱进行仿真。  结果  仿真结果表明:所设计的水舱能够适应半潜船不同的工作状态,效果良好。  结论  改变T型挡板的数量能够在一定程度上增大水舱的固有周期,并且通过控制挡板可以使其与半潜船横摇周期相匹配,从而更好地适应横摇周期变化较大的船舶,为其提供良好的减摇能力。
基于MOEA/D算法的起重船压载水调配优化
周佳, 宋磊
2021, 16(4): 155-163. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02049
摘要:
  目的  为提高起重船压载水调配效率,降低调载过程能耗,提出基于分解技术的多目标进化算法(MOEA/D)的起重船压载水调配优化方法。  方法  以各压载水舱调配后的水量为决策变量,以压载水总调配量最小为优化目标,引入浮态等方面的约束,建立起重船压载水调配优化的数学模型;针对因决策变量维数高所引起的求解速度慢和求解质量差的问题,提出调载水舱自适应选择方法,以减少参与调载的水舱数量;针对约束条件处理复杂的问题,将单目标优化转化为多目标优化问题,然后应用MOEA/D算法,从Pareto解集中优选得到起重船压载水调配的最优方案。  结果  对某起重船吊机回转过程的压载水调配实例计算结果显示,基于MOEA/D的算法较NSGA-II算法和遗传算法(GA)在满足浮态容差的条件下,参与调载的舱室数量减少了27%,调载水量分别减少了24%和38%,验证了MOEA/D算法的可行性和有效性。  结论  所提的基于MOEA/D的方法可为研究起重船压载水调配优化问题提供一种新的解决思路,能得到较优的压载水调配方案,具有一定的工程应用价值。
机电与控制
高压共轨燃油系统喷油量的预测模型
梁勇, 费红姿, 刘冰鑫, 柳一林, 朱腾飞
2021, 16(4): 164-172. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02128
摘要:
  目的  为了给精确控制柴油机燃油喷射量提供基础支撑,针对预−主喷模式,提出一种以间隔时间、共轨压力和主喷脉宽为输入参数的主喷油量波动预测模型的构建方法。  方法  运用AMESim仿真模型进行模拟试验并采集数据,利用获取的数据得到单一工况下的间隔时间与主喷油量之间的关系;在上述基础上,考虑共轨压力和主喷脉宽对模型系数的影响,构建出完整的多工况主喷油量预测模型;使用多组不同组合的输入参数对所构建预测模型的准确性和可靠性进行验证。  结果  结果表明,构建的多工况主喷油量预测模型均方根误差为1.443 mm3,所需试验量可由n3量级降至n2量级。  结论  所提的预测模型具有较高的准确度,对基于模型的喷油量控制具有工程应用意义。
密闭空间改进型空气净化器流场及振动分析
张晨宇, 孟帅, 陈永, 车驰东
2021, 16(4): 173-178. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02105
摘要:
  目的  为改善某密闭空间空气净化器的振动与噪声水平,开展原型和改进型空气净化器流场及振动分析。  方法  首先,对原型空气净化器开展振源机理分析;然后,基于保障服务经验,在满足“六性”设计和型式试验要求下提出改进方案;最后,采用ANSYS Fluent 和ABAQUS软件进行仿真分析以完成改进设计。  结果  结果表明,在保持功率消耗、空气动力性能、净化效果、尺寸条件下,改进型空气净化器流场更加稳定,大幅减少了回流现象;固有频率和比刚度显著提高,低频区(工作区)振动响应明显改善,高频区通过敷设阻尼层吸收振动能量,系统振动总能量减少约9 dB(10 Hz~10 kHz)。  结论  改进型空气净化器的减振降噪方案合理,振动噪声水平明显改善,这对于提高密闭空间环境控制能力,开展高效、低噪、低功耗、无害化气体净化处理研究具有参考意义。
用于船舶永磁推进电机驱动控制的MMC模型预测方法
郭燚, 王超, 解文祥
2021, 16(4): 179-189, 198. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02001
摘要:
  目的   针对传统控制策略的多参数整定以及控制策略复杂性问题,提出一种适用于船舶电力推进驱动系统的模块化多电平变换器(MMC)模型预测控制方法。   方法   首先,分析传统控制策略下的驱动系统设计的复杂性问题;然后,基于模型预测(MPC)的优势,提出船舶电力推进驱动系统的MMC模型预测控制方案;最后,在Matlab/Simulink环境下,搭建带有螺旋桨负载的3.3 kV/20 MW永磁同步电机(PMSM)驱动系统模型,开展仿真验证。   结果   仿真结果表明:该MMC模型预测控制策略下的电机转速和转矩响应无超调,转速静差率保持在1%之内,并且使转矩脉动减少了6.1%,具备技术可行性和明显优势。   结论   研究成果可为船舶中压直流电力推进系统的变频器设计提供参考。
基于混合储能的船舶电力系统功率波动平抑控制策略
齐坤, 朱志宇
2021, 16(4): 190-198. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02006
摘要:
  目的  针对船舶电力系统在负载功率剧烈波动时的电网电能质量下降和储能装置功率分配问题,提出一种基于蓄电池与超级电容混合储能的船舶电力系统功率波动平抑控制策略。  方法  首先,基于低通滤波算法,将船舶电力系统的功率波动以其波动频率初步分配到相应的储能单元;然后,基于下垂控制策略,根据分配功率调整各个储能单元的输出电流;最后,基于各个储能单元的荷电状态,开展混合储能系统的充放电控制,以平抑功率波动。  结果  Simulink仿真结果表明,该功率分配策略实现了储能单元之间的功率合理分配,以及储能系统的充放电功率控制,可以有效平抑船舶电力系统的负载功率波动。  结论  研究成果可为船舶电网电能质量的优化设计提供参考。
基于DMA与中断方式的组态监控系统容错通信技术
孙万峰, 李维波, 李齐, 邹振杰, 卢月
2021, 16(4): 199-207. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01935
摘要:
  目的  为实现舰船并网控制系统中监控模块的数据快速交互,提高通信数据的容错率,同时减少CPU额外占有率,提出直接存储器访问(direct memory access, DMA)和中断方式的通信技术解决变长传输难题。  方法  根据并网控制系统中监控模块的组态软件与单片机通信协议,设计组态与主控制器通信握手流程,并以STM32F417作为主控制器,借助串口接口硬件电路,在克服传统串口通信数据定长收发缺点的基础上提出DMA和中断方式的通信技术。  结果  在某舰船综合电力系统的并网控制装置上,采用该通信技术,实现了监控数据变长传输功能,且提高了串行通信数据的传输容量和数据的容错度。  结论  研究成果在舰船并网控制系统的监控模块中具有一定的实践指导意义与参考价值。
基于变步长扰动逼近法的移动式在线光伏充电MPPT技术
高佳俊, 李维波, 李齐, 邹振杰, 卢月
2021, 16(4): 208-216. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01948
摘要:
  目的  为了提高移动式在线光伏充电装置的充电效率、安全性和速度,提出基于变步长扰动逼近法的移动式在线光伏充电最大功率点跟踪(MPPT)技术。  方法  通过将高频逆变器与隔离变压器共同作为MPPT载体,去除传统光伏充电拓扑装置中的前级DC/DC结构,并将充电控制与高频逆变的脉冲调制相结合,最终将高频隔离、MPPT跟踪和充电控制三大功能集成一体。同时,根据蓄电池的不同剩余电量状态,提出三段式充电控制策略。  结果  仿真分析与现场测试结果表明,当改变光伏板的光照强度时,该装置可以稳定地跟踪光伏板的最大功率点,并按照设定的充电方案,在3个阶段下实现了对蓄电池的高效充电;实测的整体充电效率可以保持在92%以上。  结论  该装置和控制策略可以提高光伏板对蓄电池的充电效率,同时满足快速、安全充电的要求。
武器与电子信息系统
舰艇综合信息服务系统的设计与实现
尹安
2021, 16(4): 217-223. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01927
摘要:
  目的  从顶层设计出发,统筹设计全艇硬件资源,综合利用不同设备的信息资源,是舰艇装备信息化设计的必然要求。在此趋势下,提出舰艇综合信息服务系统。  方法  首先,对设计目标和总体规划进行分析。以信息基础设施进行硬件资源统筹,软件框架由系统管理模块和各信息服务模块组成。然后,从应用集成平台设计和信息应用设计方面论述软件设计方案和实现思路。最后,在应用集成平台设计中,分析采用Docker技术和软件集成管理仓库分别对B/S类应用和C/S类应用进行集成设计的思路;在信息应用中,重点论述消息推送服务功能模块设计,实现“信息找人,按需推送”。  结果  基于上述设计思路,完成系统设计,实现了对不同应用的集成管理和消息推送等功能。  结论  系统运行满足设计目标,提升了全艇信息化水平,促进艇员工作效率的提升。
基于异构网络的物联网海洋大气腐蚀加速实验平台
李华峰, 刘炎, 徐凯, 张涛, 朱嘉明
2021, 16(4): 224-231. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01946
摘要:
  目的   探究将异构网络和物联网技术应用于海上设施远程监测的可行性。   方法   设计一种基于异构网络的物联网腐蚀加速实验平台,其由感知层、网络层和应用层构成。采用盐雾实验法实现对典型海洋大气腐蚀的加速模拟,感知层采集腐蚀加速实验的发生环境参数和腐蚀参数,网络层采用由ZigBee,LoRa,无线通信技术(WiFi)以及以太网构成的异构网络对感知数据进行传输,最终通过应用层的web应用程序完成对腐蚀信息的呈现。   结果   该实验平台有效实现了对海洋大气盐雾腐蚀的加速模拟,以及复杂环境下的数据传输和远程监测。   结论   基于异构网络的腐蚀加速实验平台的搭建,可为后续基于大数据、人工智能技术对腐蚀规律的研究以及海洋结构物结构件的腐蚀失效进行预测提供平台基础。
基于改进DSets的无参数雷达信号分选算法
刘鲁涛, 王璐璐, 陈涛
2021, 16(4): 232-238. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02012
摘要:
  目的  随着电磁环境日益复杂,信号分选越来越困难。为了解决现有高效分选算法性能严重依赖于外界输入参数的不足,提出了基于DSets-DS的无参数雷达信号聚类算法。  方法  将直方图均衡化后的主导集(dominant sets,DSets)算法应用于雷达信号分选,提出一种无参数的雷达信号脉冲聚类算法,然后结合D-S (Dempster-Shafer)证据理论,以解决DSets算法过度分割问题。  结果  在无任何先验信息条件下,能够完成对雷达信号混合脉冲精准聚类;此外,在虚假脉冲比例低于50%的情况下,分选正确率大于93.13%。  结论  将DSets算法与D-S证据理论结合,可有效完成对无先验信息的雷达信号脉冲聚类,且有很好的聚类性能。