[发明专利]一种基于耦合伴随的水下航行器多学科代理优化方法

权利要求书

1.一种基于耦合伴随的水下航行器多学科代理优化方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，AUV子学科建模，包括：

1.1步，建立AUV外形与流体动力学科模型，输入参数是几何外形输入参数和流体动力输出参数；

1.2步，建立AUV动力与能源学科模型，输入参数是几何外形输入参数、阻力系数、电池参数和航程航速，输出参数是航行耗能、电池长度；

1.3步，建立AUV质量布局学科模型，输入参数是包含电池舱段的AUV各舱段质量、质心位置，输出参数是整个AUV的质心浮心距；

步骤2，建立AUV系统的多学科集成优化模型，包括：

2.1步，选取设计变量x为几何外形输入参数，设定优化目标f为航行的耗能，约束c为质心浮心距；

2.2步，建立AUV系统的多学科集成优化模型：

minimize f(x,y(x))

with respect to x

subject to c(x,y(x))

式中y(x)是电池长度，是需要迭代求解耦合变量；在优化每一步，对固定的设计变量x，循环对外形与流体动力学科模型、动力与能源学科模型进行分析计算，得到收敛的耦合变量y(x)停止；

步骤3，基于耦合伴随的水下航行器多学科代理优化方法，包括：

3.1步，确定AUV的几何外形参数的上下界，选取采样数目，使用优化拉丁超立方法在设计变量空间采取样本输入点，建立样本输入空间；

3.2步，对每个样本输入点，计算目标函数f和约束c；

3.3步，对每个样本输入点，使用耦合伴随方程计算目标函数和约束对设计变量的梯度df/dx和dc/dx；

3.4步，将3.2步和3.3步计算的目标函数、约束及其对设计变量的梯度补充为样本输入点的输出，将所有样本加入样本数据库，并在样本数据库中找到AUV的当前最优设计；

3.5步，判断AUV的当前最优设计是否满足设定的优化终止条件，若不满足终止条件则优化继续，进入3.6步；否则优化停止，进入3.10步；

3.6步，使用样本数据库中所有的样本建立AUV多学科系统的梯度增强Kriging代理模型和

3.7步，使用多起点序列二次优化方法对AUV多学科系统的梯度增强Kriging代理模型进行优化，得到近似的最优设计参数值，即设计变量值；

3.8步，将近似的最优设计参数值作为新的样本输入值，并使用3.2步和3.3步计算新样本的输出值；

3.9步：将新的样本补充进样本数据库，并在新的样本数据库中找到AUV的当前最优设计，然后返回3.5步；

3.10步，输出AUV的当前最优设计，就是AUV总体多学科设计优化的最优解。

2.根据权利要求1所述的基于耦合伴随的水下航行器多学科代理优化方法，其特征在于所述的1.1步包括以下内容：

1.1.1通过AUV的几何外形参数，生成AUV的几何模型；

1.1.2将AUV几何文件导入ICEM软件划分流场网格；

1.1.3将AUV网格文件进行CFD仿真计算AUV的阻力系数；

1.1.4使用几何外形输入参数和流体动力输出参数建立AUV外形与流体动力学科模型。

3.根据权利要求1所述的基于耦合伴随的水下航行器多学科代理优化方法，其特征在于所述的3.2步包括以下内容：

3.2.1在当前样本输入的设计变量下，循环对耦合的外形与流体动力学科模型、动力与能源学科模型进行分析，得到收敛的耦合变量y(x)停止；

3.2.2根据设计变量x和收敛的耦合变量y(x)，计算外形与流体动力学科模型得到阻力系数y₁；

3.2.3计算动力与能源学科模型得到AUV航行的总耗能和电池长度y₂；

3.2.4计算质量布局学科模型得到AUV的质心浮心距y₃；

3.2.5将计算值根据AUV多学科集成优化模型分配给目标函数f和约束c。