智能系统：基于遗传算法的减摇鳍系统能量优化

第9卷第4期 智能系统学报 Vol.9 No.4 2014年8月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Agu.2014 D0I:10.3969/j.issn.1673-4785.201307003 基于遗传算法的减摇鳍系统能量优化 于立君，刘少英，王辉，熊朝东 (哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001) 摘要：针对减摇鳍系统能量优化问题，通过分析横摇角方差、鳍角方差以及负载能耗，建立减摇鳍系统性能指标。 提出一种基于遗传算法进行多目标函数优化的方法。与传统PD方法进行比较，结果表明，利用遗传算法多目标优 化方法能有效降低减摇装置的能量损耗，改善减摇效果，提高经济效率，为优化减摇装置能量消耗提供了理论依据。 关键词：减摇鳍：横摇角方差：鳍角方差：遗传算法：多目标函数：能量优化 中图分类号：TP273文献标志码：A文章编号：1673-4785(2014)04-432-06 中文引用格式：于立君，刘少英，王辉，等.基于遗传算法的减摇鳍系统能量优化[J].智能系统学报，2014,9(4)：432437. 英文引用格式：YULijun,LIU Shaoying,WANG Hui,etal.Energy optimization for fin stabilizer system based on genetic algo- rithm[J].CAAI Transactions on Intelligent Systems,2014,9(4):432-437. Energy optimization for the fin stabilizer system based on a genetic algorithm YU Lijun,LIU Shaoying,WANG Hui,XIONG Chaodong College of Automation,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China) Abstract:Energy optimization is one of the key problems for ship roll reduction systems.In this paper,the roll angle va- riance,fin angle variance and the load energy are analyzed to establish the performance index of the fin stabilizer system. The genetic algorithm based multi-objective function optimization method is proposed.Compared with the traditional PID control,the simulation results show that the genetic algorithm based multi-objective function optimization method can ef- fectively reduce the energy loss of roll reduction devices.Both the control effect and the economic efficiency are im- proved.The proposed method provides a theoretical basis for optimizing the energy consumption of roll reduction devices. Keywords:fin-stabilizer;roll angle variance;fin angle variance;genetic algorithm;multi-objective function;ener- gy optimization 减摇鳍是船舶不可缺少的减摇装置，主要用于 度和转角频率，有效地降低减摇鳍系统的能量消 船舶的横摇减摇。如何降低航行成本是船舶减摇装 耗，降低航行成本。 置的新趋势。减摇装置能量损失)主要包括减摇 遗传算法在多目标函数优化方面的应用效 系统自身工作消耗的能量和减摇系统工作影响船舶 果明显。在近似分析计算减摇鳍系统负载能耗 运动姿态间接对航行阻力影响而主机额外的功率损 基础上，建立关于减摇效果以及能量优化多目标 耗。目前关于减摇鳍的各种控制算法研究都尽可能 函数，采用遗传算法进行多目标优化[34」，将减摇 突出系统减摇效果，而减摇鳍系统能量优化相关研 效果和经济节能有效结合，是对全新减摇系统控 究较少。本文针对减摇鳍系统能量优化的控制要 制器研究的创新。 求，提出基于遗传算法多目标优化方法。这样在满 1减摇鳍控制系统组成 足减摇效果相对较好的同时，降低减摇鳍的转角幅 船舶减摇鳍系统的控制结构如图1所示。以下 收稿日期：2013-07-03. 是减摇鳍控制系统各相关传递函数以及系统主要组 基金项目：国家自然科学基金资助项目(61174047)：中央高校基本科研 业务费专项基金资助项目(HEUC041406,HEUCF041404). 成部分在能量优化中占据的地位。为研究方便，本文 通信作者：于立君.E-mail:yulijun@hrbeu.edu.cn. 选用NJ5减摇鳍模型来说明各部分作用和传递函数

第 怨 卷第 源 期摇摇摇摇摇 摇摇摇 摇摇摇 摇摇摇 智 能 系 统 学 报摇摇摇摇摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 灾燥造援怨 翼援源 圆园员源 年 愿 月摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 悦粤粤陨 栽则葬灶泽葬糟贼蚤燥灶泽 燥灶 陨灶贼藻造造蚤早藻灶贼 杂赠泽贼藻皂泽 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 粤早怎援 圆园员源 阅韵陨院员园援猿怨远怨 辕 躁援蚤泽泽灶援员远苑猿鄄源苑愿缘援圆园员猿园苑园园猿 基于遗传算法的减摇鳍系统能量优化 于立君袁刘少英袁王辉袁熊朝东 渊哈尔滨工程大学 自动化学院袁黑龙江 哈尔滨 员缘园园园员冤 摘 要院针对减摇鳍系统能量优化问题袁通过分析横摇角方差尧鳍角方差以及负载能耗袁建立减摇鳍系统性能指标遥 提出一种基于遗传算法进行多目标函数优化的方法遥 与传统 孕陨阅 方法进行比较袁结果表明袁利用遗传算法多目标优 化方法能有效降低减摇装置的能量损耗袁改善减摇效果袁提高经济效率袁为优化减摇装置能量消耗提供了理论依据遥 关键词院减摇鳍曰横摇角方差曰鳍角方差曰遗传算法曰多目标函数曰能量优化 中图分类号院 栽孕圆苑猿摇 文献标志码院粤摇 文章编号院员远苑猿鄄源苑愿缘渊圆园员源冤园源鄄源猿圆鄄园远 中文引用格式院于立君袁刘少英袁王辉袁等援 基于遗传算法的减摇鳍系统能量优化咱允暂援 智能系统学报袁 圆园员源袁 怨渊源冤 院 源猿圆鄄源猿苑援 英文引用格式院再哉 蕴蚤躁怎灶袁 蕴陨哉 杂澡葬燥赠蚤灶早袁 宰粤晕郧 匀怎蚤袁 藻贼 葬造援 耘灶藻则早赠 燥责贼蚤皂蚤扎葬贼蚤燥灶 枣燥则 枣蚤灶 泽贼葬遭蚤造蚤扎藻则 泽赠泽贼藻皂 遭葬泽藻凿 燥灶 早藻灶藻贼蚤糟 葬造早燥鄄 则蚤贼澡皂咱允暂援 悦粤粤陨 栽则葬灶泽葬糟贼蚤燥灶泽 燥灶 陨灶贼藻造造蚤早藻灶贼 杂赠泽贼藻皂泽袁 圆园员源袁 怨渊源冤 院 源猿圆鄄源猿苑援 耘灶藻则早赠 燥责贼蚤皂蚤扎葬贼蚤燥灶 枣燥则 贼澡藻 枣蚤灶 泽贼葬遭蚤造蚤扎藻则 泽赠泽贼藻皂 遭葬泽藻凿 燥灶 葬 早藻灶藻贼蚤糟 葬造早燥则蚤贼澡皂 再哉 蕴蚤躁怎灶袁 蕴陨哉 杂澡葬燥赠蚤灶早袁 宰粤晕郧 匀怎蚤袁 载陨韵晕郧 悦澡葬燥凿燥灶早 渊悦燥造造藻早藻 燥枣 粤怎贼燥皂葬贼蚤燥灶袁 匀葬则遭蚤灶 耘灶早蚤灶藻藻则蚤灶早 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁 匀葬则遭蚤灶 员缘园园园员袁 悦澡蚤灶葬冤 粤遭泽贼则葬糟贼院耘灶藻则早赠 燥责贼蚤皂蚤扎葬贼蚤燥灶 蚤泽 燥灶藻 燥枣 贼澡藻 噪藻赠 责则燥遭造藻皂泽 枣燥则 泽澡蚤责 则燥造造 则藻凿怎糟贼蚤燥灶 泽赠泽贼藻皂泽援 陨灶 贼澡蚤泽 责葬责藻则袁 贼澡藻 则燥造造 葬灶早造藻 增葬鄄 则蚤葬灶糟藻袁 枣蚤灶 葬灶早造藻 增葬则蚤葬灶糟藻 葬灶凿 贼澡藻 造燥葬凿 藻灶藻则早赠 葬则藻 葬灶葬造赠扎藻凿 贼燥 藻泽贼葬遭造蚤泽澡 贼澡藻 责藻则枣燥则皂葬灶糟藻 蚤灶凿藻曾 燥枣 贼澡藻 枣蚤灶 泽贼葬遭蚤造蚤扎藻则 泽赠泽贼藻皂援 栽澡藻 早藻灶藻贼蚤糟 葬造早燥则蚤贼澡皂 遭葬泽藻凿 皂怎造贼蚤鄄燥遭躁藻糟贼蚤增藻 枣怎灶糟贼蚤燥灶 燥责贼蚤皂蚤扎葬贼蚤燥灶 皂藻贼澡燥凿 蚤泽 责则燥责燥泽藻凿援 悦燥皂责葬则藻凿 憎蚤贼澡 贼澡藻 贼则葬凿蚤贼蚤燥灶葬造 孕陨阅 糟燥灶贼则燥造袁 贼澡藻 泽蚤皂怎造葬贼蚤燥灶 则藻泽怎造贼泽 泽澡燥憎 贼澡葬贼 贼澡藻 早藻灶藻贼蚤糟 葬造早燥则蚤贼澡皂 遭葬泽藻凿 皂怎造贼蚤鄄燥遭躁藻糟贼蚤增藻 枣怎灶糟贼蚤燥灶 燥责贼蚤皂蚤扎葬贼蚤燥灶 皂藻贼澡燥凿 糟葬灶 藻枣鄄 枣藻糟贼蚤增藻造赠 则藻凿怎糟藻 贼澡藻 藻灶藻则早赠 造燥泽泽 燥枣 则燥造造 则藻凿怎糟贼蚤燥灶 凿藻增蚤糟藻泽援 月燥贼澡 贼澡藻 糟燥灶贼则燥造 藻枣枣藻糟贼 葬灶凿 贼澡藻 藻糟燥灶燥皂蚤糟 藻枣枣蚤糟蚤藻灶糟赠 葬则藻 蚤皂鄄 责则燥增藻凿援 栽澡藻 责则燥责燥泽藻凿 皂藻贼澡燥凿 责则燥增蚤凿藻泽 葬 贼澡藻燥则藻贼蚤糟葬造 遭葬泽蚤泽 枣燥则 燥责贼蚤皂蚤扎蚤灶早 贼澡藻 藻灶藻则早赠 糟燥灶泽怎皂责贼蚤燥灶 燥枣 则燥造造 则藻凿怎糟贼蚤燥灶 凿藻增蚤糟藻泽援 运藻赠憎燥则凿泽院枣蚤灶鄄泽贼葬遭蚤造蚤扎藻则曰 则燥造造 葬灶早造藻 增葬则蚤葬灶糟藻曰 枣蚤灶 葬灶早造藻 增葬则蚤葬灶糟藻曰 早藻灶藻贼蚤糟 葬造早燥则蚤贼澡皂曰 皂怎造贼蚤鄄燥遭躁藻糟贼蚤增藻 枣怎灶糟贼蚤燥灶曰 藻灶藻则鄄 早赠 燥责贼蚤皂蚤扎葬贼蚤燥灶 收稿日期院圆园员猿鄄园苑鄄园猿援 摇 基金项目院国家自然科学基金资助项目渊远员员苑源园源苑冤 曰中央高校基本科研 业务费专项基金资助项目渊匀耘哉悦云园源员源园远袁匀耘哉悦云园源员源园源冤援 通信作者院于立君援耘鄄皂葬蚤造院赠怎造蚤躁怎灶岳 澡则遭藻怎援藻凿怎援糟灶援 摇 摇 减摇鳍是船舶不可缺少的减摇装置袁主要用于 船舶的横摇减摇遥 如何降低航行成本是船舶减摇装 置的新趋势遥 减摇装置能量损失咱员暂 主要包括减摇 系统自身工作消耗的能量和减摇系统工作影响船舶 运动姿态间接对航行阻力影响而主机额外的功率损 耗遥 目前关于减摇鳍的各种控制算法研究都尽可能 突出系统减摇效果袁而减摇鳍系统能量优化相关研 究较少遥 本文针对减摇鳍系统能量优化的控制要 求袁提出基于遗传算法多目标优化方法遥 这样在满 足减摇效果相对较好的同时袁降低减摇鳍的转角幅 度和转角频率咱圆暂 袁有效地降低减摇鳍系统的能量消 耗袁降低航行成本遥 遗传算法在多目标函数优化方面的应用效 果明显遥 在近似分析计算减摇鳍系统负载能耗 基础上袁建立关于减摇效果以及能量优化多目标 函数袁采用遗传算法进行多目标优化咱 猿鄄源暂 袁将减摇 效果和经济节能有效结合袁是对全新减摇系统控 制器研究的创新遥 员摇 减摇鳍控制系统组成 船舶减摇鳍系统的控制结构如图 员 所示遥 以下 是减摇鳍控制系统各相关传递函数以及系统主要组 成部分在能量优化中占据的地位遥 为研究方便袁本文 选用 晕允缘 减摇鳍模型来说明各部分作用和传递函数遥

第4期 于立君，等：基于遗传算法的减摇鳍系统能量优化 ·433· 角速度传感器是船舶航行中减摇鳍系统横摇角速度 围内时，可以减小船舶的粘性阻力和破浪阻力，有利 的测量元件。角速度传感器传递函数为 于提高主机功率，降低燃油消耗，增加航速，节约成 400s 本。因此，减摇鳍系统要综合考虑横摇角范围。从 G.(s)= s2+80s+4000 控制效果和稳定性来说，横摇角越小越好。横摇角 NJ5减摇鳍模型中前置放大器传递函数为 方差推导过程如下。 K。 由图1知，以等效波倾角α(s)为输入，以横摇 G,(s)=(30s+1)(0.056s+1） 角p(s)为输出的系统传递函数为 式中K,为可调增益。 (s)=(s) a(s) - 根据随机过程理论，船舶减摇鳍控制系统横摇角 谱为 S.(w.)=|Φ(jw)2·S(w.) …水kk5 式中：S(ω.)为船舶横摇角谱密度，S(w)为海浪 此：利 等效波倾角谱密度，Φ(Gjω)为综合减摇系统开环传 递函数。 图1减摇鳍控制系统框图 Fig.1 The fin stabilizer system block diagram 于是，减摇后船舶横摇角方差为 在实际工程应用中减摇鳍系统主要采用PID a。2=1/2mS.(w.)dw.= 控制，它直接决定系统综合性能指标好坏，即减摇效 果和能量优化。PID控制器传递函数)为 1/2n[(jo)P.S.(o.)do 0.064sK0 K 所以第1个目标函数为 GPID(s)=Kp (0.064s+1)(0.18s+1)24.607s+1 =10.2 (1) 式中：σ。2为减摇后船舶横摇角方差，入，为加权系数。 在设定航速和海情下通常将浪级调节器和航速 2.2减摇鳍鳍角方差的计算 调节器设置为 减摇鳍系统能量优化和使用寿命也是需要考虑 G(s)=G(S)=1 的问题。当减摇鳍鳍角增大到一定程度时，流过鳍 随动系统在能量优化性能指标中具有重要作 的流体就不能沿着鳍的表面而是离开鳍流动，此时 用，由于随动系统驱动减摇鳍定轴转动需要消耗大 鳍失速，并损耗鳍上的部分升力6)。从而影响减 量能量，尤其当鳍面积越大，能量消耗越多。减摇鳍 摇效果和随动系统的转鳍功率。所以最大工作鳍角 的随动系统常常采用电液系统，数学模型可近似表 是有一定限度的，并且鳍角幅值服从瑞利分布。于 示为二阶振荡环节，随动系统传递函数为 是，减摇鳍鳍角中超过鳍角中的概率p可表示为 550 G,(s)= p(中>中r）=exp(-中mn2/2o2) 2+15s+225 实际工程应用中，最大鳍角中取22°，鳍角饱 K。由很多因素决定，为研究方便常常将其近似 和率一般不会大于20%[1，将p=20%,中m=22° 为常量。对NJ5减摇鳍模型，当最大鳍角山取 代入式(2)可计算出此时鳍角方差σ.2=150.31。 22°时，鳍角到波倾角的转换系数为K。=0.256,船 因此，第2个目标函数为 舶横摇运动传递函数为 J2=入2(02-150.31)2 (2) G(s)= 式中：σ2为鳍角方差；入2为加权系数。 1.43242s2+0.3796s+1 由图1可知，以等效波倾角为输入，鳍角为输出 2减摇鳍系统性能指标的建立 的传递函数为 2.1船舶横摇角方差分析及计算 (s)=(s a(s) 当船舶在波浪作用下剧烈摇摆时，将降低主机 以等效波倾角为输入，鳍角速率为输出的传递 功率，同时也降低航速，因此减摇鳍系统能量优化和 函数： 减摇效果必须首先考虑未减摇时船舶横摇角以及减 摇后横摇角。实际工程应用表明，横摇角在一定范 中(s)=()，1 Γa(s)s

角速度传感器是船舶航行中减摇鳍系统横摇角速度 的测量元件遥 角速度传感器传递函数为 郧则 渊泽冤 越 源园园泽 泽 圆 垣 愿园泽 垣 源 园园园 晕允缘 减摇鳍模型中前置放大器传递函数为 郧择渊泽冤 越 运择 渊猿园泽 垣 员冤渊园援园缘远泽 垣 员冤 式中 运择 为可调增益遥 图 员摇 减摇鳍控制系统框图 云蚤早援员摇 栽澡藻 枣蚤灶 泽贼葬遭蚤造蚤扎藻则 泽赠泽贼藻皂 遭造燥糟噪 凿蚤葬早则葬皂 在实际工程应用中减摇鳍系统主要采用 孕陨阅 控制袁它直接决定系统综合性能指标好坏袁即减摇效 果和能量优化遥 孕陨阅 控制器传递函数咱缘暂为 郧孕陨阅渊泽冤 越 运孕 垣 园援园远源泽运阅 渊园援园远源泽 垣 员冤渊园援员愿泽 垣 员冤 垣 运陨 圆源援远园苑泽 垣 员 渊员冤 摇 摇 在设定航速和海情下通常将浪级调节器和航速 调节器设置为 郧澡渊泽冤 越 郧造 渊杂冤 越 员 摇 摇 随动系统在能量优化性能指标中具有重要作 用袁由于随动系统驱动减摇鳍定轴转动需要消耗大 量能量袁尤其当鳍面积越大袁能量消耗越多遥 减摇鳍 的随动系统常常采用电液系统袁数学模型可近似表 示为二阶振荡环节袁随动系统传递函数为 郧泽 渊泽冤 越 缘缘园 泽 圆 垣 员缘泽 垣 圆圆缘 摇 摇 运琢 由很多因素决定袁为研究方便常常将其近似 为常量遥 对 晕允缘 减摇鳍模型袁当最大鳍角 鬃皂葬曾 取 圆圆毅 时袁鳍角到波倾角的转换系数为 运琢 越 园援圆缘远袁船 舶横摇运动传递函数为 郧渍渊泽冤 越 员 员援源猿圆 源圆 泽 圆 垣 园援猿苑怨 远泽 垣 员 圆摇 减摇鳍系统性能指标的建立 圆援员摇 船舶横摇角方差分析及计算 当船舶在波浪作用下剧烈摇摆时袁将降低主机 功率袁同时也降低航速袁因此减摇鳍系统能量优化和 减摇效果必须首先考虑未减摇时船舶横摇角以及减 摇后横摇角遥 实际工程应用表明袁横摇角在一定范 围内时袁可以减小船舶的粘性阻力和破浪阻力袁有利 于提高主机功率袁降低燃油消耗袁增加航速袁节约成 本遥 因此袁减摇鳍系统要综合考虑横摇角范围遥 从 控制效果和稳定性来说袁横摇角越小越好遥 横摇角 方差推导过程如下遥 由图 员 知袁以等效波倾角 琢渊泽冤 为输入袁以横摇 角 渍渊泽冤 为输出的系统传递函数为 椎渊泽冤 越 渍渊泽冤 琢渊泽冤 摇 摇 根据随机过程理论袁船舶减摇鳍控制系统横摇角 谱为 杂渍渊棕藻冤 越 椎渊躁棕冤 圆 窑杂葬憎渊棕藻冤 式中院 杂渍渊棕藻冤 为船舶横摇角谱密度袁 杂葬憎渊棕冤 为海浪 等效波倾角谱密度袁 椎渊躁棕冤 为综合减摇系统开环传 递函数遥 于是袁减摇后船舶横摇角方差为 滓渍 圆 越 员 辕 圆仔 乙  园 杂渍渊棕藻冤 凿 棕藻 越 员 辕 圆仔 乙  园 椎渊躁棕冤 圆 窑杂琢憎渊棕藻冤 凿 棕 所以第 员 个目标函数为 允员 越 姿员滓渍 圆 式中院 滓渍 圆 为减摇后船舶横摇角方差袁 姿员 为加权系数遥 圆援圆摇 减摇鳍鳍角方差的计算 减摇鳍系统能量优化和使用寿命也是需要考虑 的问题遥 当减摇鳍鳍角增大到一定程度时袁流过鳍 的流体就不能沿着鳍的表面而是离开鳍流动袁此时 鳍失速袁并损耗鳍上的部分升力咱远鄄愿暂 遥 从而影响减 摇效果和随动系统的转鳍功率遥 所以最大工作鳍角 是有一定限度的袁并且鳍角幅值服从瑞利分布遥 于 是袁减摇鳍鳍角 鬃 超过鳍角 鬃皂葬曾 的概率 责 可表示为 责渊鬃跃鬃皂葬曾冤 越 藻曾责渊鄄鬃皂葬曾 圆 辕 圆滓鬃 圆 冤 摇 摇 实际工程应用中袁最大鳍角 鬃皂葬曾 取 圆圆毅 袁鳍角饱 和率一般不会大于 圆园豫 咱怨暂 袁将 责 越 圆园豫 袁 鬃皂葬曾 越 圆圆毅 代入式渊 圆冤 可计算出此时鳍角方差 滓鬃 圆 越 员缘园援猿员遥 因此袁第 圆 个目标函数为 允圆 越 姿圆 渊滓鬃 圆 原 员缘园援猿员冤圆 渊圆冤 式中院 滓鬃 圆 为鳍角方差曰 姿圆 为加权系数遥 由图 员 可知袁以等效波倾角为输入袁鳍角为输出 的传递函数为 椎鬃渊泽冤 越 鬃渊泽冤 琢渊泽冤 摇 摇 以等效波倾角为输入袁鳍角速率为输出的传递 函数院 椎泽鬃渊泽冤 越 鬃渊泽冤 琢渊泽冤 窑 员 泽 第 源 期摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 于立君袁等院基于遗传算法的减摇鳍系统能量优化 窑源猿猿窑

·434· 智能系统学报 第9卷 鳍角幅值谱密度： 和率。于是得到系统要优化的多目标函数： S(w.)=|Φ(jw）2·S(w) minJ1=入，o。2 鳍角角速率幅值谱密度： minJ2=入2（σ，2-150.31）2 (4) Sw(w）=|Φ(jo)2·S(w) minJ3=入，W 减摇鳍的鳍角方差： 以减摇鳍系统性能指标为多目标函数对PD参数 2=1/2m。S,(w)d.= K。、K、K。进行优化整定，从而提高整体性能指标，也 (j)F.d 即转化为采用遗传算法进行多目标函数寻优问题。 3遗传算法对多目标函数的优化 2.3减摇鳍负载能量消耗的估算 在减摇过程中，驱动减摇鳍所消耗船舶主机的 要使性能指标同时达到最优，本文采用遗传算 能量也相对较大。因此有必要对这部分损失能量进 法多目标函数优化方法。因为在此类问题中，每个 行计算。减摇鳍在系统驱动力作用下绕鳍轴转动， 目标函数的优化不是独立进行的，而是要同时进行 可近似看作是定轴转动，近似做功[o]! 才能求出最优解。遗传算法对于求解多目标优化问 W=1 题Pareto最优解常用的有5种方法[]，本文选择用 。s(w.)du 权系数变换法进行系统寻优，从而将多目标优化转 式中：I为减摇鳍绕鳍轴的转动惯量，S(ω.)为鳍 化为单目标优化。 角速率幅值谱密度。 对式(4)给定问题，一般很难确定一组合适的 船舶通常有一对减摇鳍，系统传动机构存在一 权系数。在遗传算法中有3种权系数设置的方法： 定的传动效率，减摇鳍负载近似做功： 固定权系数法、随机权系数法和适应性权系数 I S(@)do 法1)。固定权系数法是对传统算法的模仿，随机权 W=2W'/m= 0 系数法和适应性权系数法，可以更全面地利用遗传 (3) 7 算法的搜索能力。而随机权系数法采用精英保留策 式中：7为减摇鳍传动机构传动效率。 略以及随机权系数适应值函数，具有可变搜索方向， 由式(3)可以看出，随着鳍角速率的增加，系统 克服原有遗传算法容易陷入局部最优解和搜索速度 消耗的能量必定增加。因此，减摇鳍负载能量消耗 慢等缺点)。因此文中采用随机权系数法来建立 作为第3个目标函数为 基于遗传算法的减摇鳍系统多目标优化模型。 minJ3=入3W 算法实现过程：首先在式(4)中已经给每个子 式中：W为减摇鳍系统近似做功，入，为加权系数。 目标函数赋予权系数入：、入2、入，则各子目标函数 本文依据NJ5减摇鳍参数可以求出减摇鳍绕鳍 的线性加权得到目标函数如式(5)： 轴转动惯量，展长为1.18m,展弦比为0.53，弦长 J=A10.2+入2(0w2-150.31)2+入3W(5) b=1.18/0.53=2.22m,鳍平均厚度取0.15m,材料 式中：入，、入2、入，随机权系数可以表示如式(6)： 密度取p=7.8×103kg/m3。可近似估算鳍的重量： m,=pm=3.064932×103kg =(i=12,3) (6) 鳍工作时，水的附加重量取鳍质量的1/3计算， 驱动系统总负载重量： 式中：：、y为随机正整数。 4 在式(5)中，由于目标值之间的单位不统一，而 m0=3m,=4.086576×103kg 且两者之间的数值相差很多倍，导致σ。2这个目标 质量重心至鳍轴的距离R按弦长的20%估算， 值没有意义。鉴于此，文中将其改进如式(7)： R=22×0.2=Q.44m,近似估算鳍工作时的转动惯量： (o62-150.31)2 W J=入， 1=mR2=0.7911611×103kg·m2 2+入2 02-15031+入 再根据式(3)可求出减摇鳍负载近似做功。 (7) 综上，性能指标选取衡量横摇的横摇角方差σ。、 式中：0mx2、(oam2-150.31)之、Wm分别是o,2、 衡量船舶能量的鳍角方差σ，2以及减摇鳍负载能量消 (02-150.31)2、W在第1代种群中产生的目标函 耗，为了保证减摇鳍系统正常工作，还需要考虑鳍角饱 数最适应值

鳍角幅值谱密度院 杂鬃渊棕藻冤 越 椎鬃渊躁棕冤 圆 窑杂葬憎渊棕冤 鳍角角速率幅值谱密度院 杂泽鬃渊棕藻冤 越 椎泽鬃渊躁棕冤 圆 窑杂葬憎渊棕冤 减摇鳍的鳍角方差院 滓鬃 圆 越 员 辕 圆仔 乙  园 杂鬃渊棕藻冤 凿 棕藻 越 员 辕 圆仔 乙  园 椎鬃渊躁棕冤 圆 窑杂葬憎渊棕藻冤 凿 棕 圆援猿 减摇鳍负载能量消耗的估算 在减摇过程中袁驱动减摇鳍所消耗船舶主机的 能量也相对较大遥 因此有必要对这部分损失能量进 行计算遥 减摇鳍在系统驱动力作用下绕鳍轴转动袁 可近似看作是定轴转动袁近似做功咱员园鄄员员暂 院 宰忆 越 员 圆 陨 乙  园 杂泽鬃渊棕藻冤 凿 棕 式中院 陨 为减摇鳍绕鳍轴的转动惯量袁 杂泽鬃渊棕藻冤 为鳍 角速率幅值谱密度遥 船舶通常有一对减摇鳍袁系统传动机构存在一 定的传动效率袁减摇鳍负载近似做功院 宰 越 圆宰忆 辕 浊 越 陨 乙  园 杂泽鬃渊棕藻冤 凿 棕 浊 渊猿冤 式中院 浊 为减摇鳍传动机构传动效率遥 由式渊猿冤可以看出袁随着鳍角速率的增加袁系统 消耗的能量必定增加遥 因此袁减摇鳍负载能量消耗 作为第 猿 个目标函数为 皂蚤灶允猿 越 姿猿宰 式中院 宰 为减摇鳍系统近似做功袁 姿猿 为加权系数遥 本文依据 晕允缘 减摇鳍参数可以求出减摇鳍绕鳍 轴转动惯量袁展长为 员援员愿 皂 袁展弦比为 园援缘猿袁弦长 遭 越员援员愿 辕 园援缘猿 越 圆援圆圆 皂 袁鳍平均厚度取 园援员缘 皂 袁材料 密度取 籽 越苑援愿 伊 员园猿 噪早 辕 皂猿 遥 可近似估算鳍的重量院 皂择 越 籽增 越 猿援园远源 怨猿圆 伊 员园猿 噪早 摇 摇 鳍工作时袁水的附加重量取鳍质量的 员辕猿 计算袁 驱动系统总负载重量院 皂园 越 源 猿 皂择 越 源援园愿远 缘苑远 伊 员园猿 噪早 摇 摇 质量重心至鳍轴的距离 砸 按弦长的 圆园豫 估算袁 砸 越 圆援圆 伊 园援圆 越 园援源源 皂 袁近似估算鳍工作时的转动惯量院 陨 越 皂园砸圆 越 园援苑怨员 员远员 员 伊 员园猿 噪早窑皂圆 再根据式渊猿冤可求出减摇鳍负载近似做功遥 综上袁性能指标选取衡量横摇的横摇角方差 滓渍 圆 尧 衡量船舶能量的鳍角方差 滓鬃 圆 以及减摇鳍负载能量消 耗袁为了保证减摇鳍系统正常工作袁还需要考虑鳍角饱 和率遥 于是得到系统要优化的多目标函数院 皂蚤灶允员 越 姿员滓渍 圆 皂蚤灶允圆 越 姿圆 渊滓鬃 圆 原 员缘园援猿员冤圆 皂蚤灶允猿 越 姿猿宰        渊源冤 摇 摇 以减摇鳍系统性能指标为多目标函数对 孕陨阅 参数 运孕 尧 运陨 尧 运阅 进行优化整定袁从而提高整体性能指标袁也 即转化为采用遗传算法进行多目标函数寻优问题遥 猿摇 遗传算法对多目标函数的优化 要使性能指标同时达到最优袁本文采用遗传算 法多目标函数优化方法遥 因为在此类问题中袁每个 目标函数的优化不是独立进行的袁而是要同时进行 才能求出最优解遥 遗传算法对于求解多目标优化问 题 孕葬则藻贼燥 最优解常用的有 缘 种方法咱员圆暂 袁本文选择用 权系数变换法进行系统寻优袁从而将多目标优化转 化为单目标优化遥 对式渊源冤给定问题袁一般很难确定一组合适的 权系数遥 在遗传算法中有 猿 种权系数设置的方法院 固定权系数法尧 随机权系数法和适应性权系数 法咱员猿暂 遥 固定权系数法是对传统算法的模仿袁随机权 系数法和适应性权系数法袁可以更全面地利用遗传 算法的搜索能力遥 而随机权系数法采用精英保留策 略以及随机权系数适应值函数袁具有可变搜索方向袁 克服原有遗传算法容易陷入局部最优解和搜索速度 慢等缺点咱员源暂 遥 因此文中采用随机权系数法来建立 基于遗传算法的减摇鳍系统多目标优化模型遥 算法实现过程院首先在式渊源冤 中已经给每个子 目标函数赋予权系数 姿员 尧 姿圆 尧 姿猿 袁则各子目标函数 的线性加权得到目标函数如式渊缘冤院 允 越 姿员滓渍 圆 垣 姿圆 渊滓鬃 圆 原 员缘园援猿员冤圆 垣 姿猿宰 渊缘冤 式中院 姿员 尧 姿圆 尧 姿猿 随机权系数可以表示如式渊远冤院 姿蚤 越 则蚤 移 猿 躁 越 员 则躁 渊蚤 越 员袁圆袁猿 冤 渊远冤 式中院 则蚤 尧 则躁 为随机正整数遥 在式渊缘冤中袁由于目标值之间的单位不统一袁而 且两者之间的数值相差很多倍袁导致 滓渍 圆 这个目标 值没有意义遥 鉴于此袁文中将其改进如式渊苑冤院 允 越 姿员 滓渍 圆 滓渍皂葬曾 圆 垣 姿圆 渊滓鬃 圆 原 员缘园援猿员冤圆 渊滓鬃皂葬曾 圆 原 员缘园援猿员冤圆 垣 姿猿 宰 宰皂葬曾 渊苑冤 式中院 滓渍皂葬曾 圆 尧 渊滓鬃皂葬曾 圆 原 员缘园援猿员冤圆 尧 宰皂葬曾 分别是 滓渍 圆 尧 渊滓鬃 圆 原 员缘园援猿员冤圆 尧 宰 在第 员 代种群中产生的目标函 数最适应值遥 窑源猿源窑 智 能 系 统 学 报摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 第 怨 卷

第4期 于立君，等：基于遗传算法的减摇鳍系统能量优化 .435 将式(5)改进为式(7)，目标函数可以被归一化 4系统仿真分析 到一个稳定的水平。这样就将多目标函数转化成单 目标函数优化问题，又由于采用遗传算法，适应度函 传统PID控制器，在特定航速和海情下，具有 数要通过比较排序计算选择概率，且适应度函数应 良好控制效果。当船舶在海上航行时，PD参数要 为非负值，同时要求随着问题解提高而增加)，鉴 随海情的变化而变化。本文提出的模型，对其进行 全局优化仿真。仿真海情：航速为18Kn、22Kn,船 于上述原因，适应度函数应取式(8)： 舶航向与海浪的遭遇角y分别取45°、90°、135°进 f=1/J (8) 行仿真。图3为无减摇装置的横摇角仿真图。减摇 其次，选出杂交个体之前，新的随机权系数由式 鳍系统对比曲线如图4~7所示。本文传统PD控 (6)生成：接着，利用式(7)计算每个个体的适应度 制器是在航速为18Kn,有义波高为3.3m,遭遇角 值。然后，根据线性比例变换函数定义方法来计算 为90°下设定，在此种海情下对减摇系统进行仿真。 第i个个体被选择的概率P:为 同等仿真条件下，仿真数据对比如表1所示。 P:= f-fm-(i=1,2,3) 三听-) 式中：f、f分别为第i和第j个个体适应度值，f 是当前种群中最差个体的适应度值。 最后，对每一代临时存储一组最优解并按代更 新[16)。本文有3个目标函数，因此Pareto解中存在 3个极限点，每一个极限点可以最大化一个目标函 数值。运用精华保留策略，将得到的最优解直接添 加到下一代种群中8】。重复以上操作直到满足 系统要求。 图3无减摇装置横摇角 文中减摇鳍系统控制器采用PD控制。为考 Fig.3 Roll angle without roll reduction control 虑实际应用，选择PID控制器如式(1)。使得在采 0.61 用遗传算法优化PD控制作用下，系统既能满足减 摇效果要求，又能满足减摇鳍能耗最小的要求。本 文样本个数为50，交叉和变异概率分别为：P。= 0.8,Pnm=0.01:参数Kp取值为[0,100]，K取值为 [0,50],K,取值为[0,100]，寻优时间为1000s,步 长0.1s。采用二进制编码，经过200代迭代。在终 止种群中选出一组最优的PD控制器参数K。、K s 和K。分别为11.053、0.428和32.736。 根据上面分析知基于遗传算法多目标函数优化 图4传统PD控制下横摇角 Fig.4 Roll angle with traditional PID control 的PID控制器原理如图2所示。 上 -☒ 流i北 州酒 -U 11川1训：好 图2遗传算法优化控制器原理图 图5遗传算法优化PD横摇角 Fig.2 The system scheme with optimal PID control Fig.5 Roll angle with optimal PID control by GA

将式渊缘冤改进为式渊苑冤袁目标函数可以被归一化 到一个稳定的水平遥 这样就将多目标函数转化成单 目标函数优化问题袁又由于采用遗传算法袁适应度函 数要通过比较排序计算选择概率袁且适应度函数应 为非负值袁同时要求随着问题解提高而增加咱员缘暂 袁鉴 于上述原因袁适应度函数应取式渊愿冤院 枣 越 员 辕 允 渊愿冤 摇 摇 其次袁选出杂交个体之前袁新的随机权系数由式 渊远冤生成曰接着袁利用式渊苑冤计算每个个体的适应度 值遥 然后袁根据线性比例变换函数定义方法来计算 第 蚤 个个体被选择的概率 责蚤 为 责蚤 越 枣蚤 原 枣皂蚤灶 移 猿 躁 越 员 渊枣躁 原 枣皂蚤灶 冤 渊蚤 越 员袁圆袁猿冤 式中院 枣蚤 尧 枣躁 分别为第 蚤 和第 躁 个个体适应度值袁 枣皂蚤灶 是当前种群中最差个体的适应度值遥 最后袁对每一代临时存储一组最优解并按代更 新咱员远暂 遥 本文有 猿 个目标函数袁因此 孕葬则藻贼燥 解中存在 猿 个极限点袁每一个极限点可以最大化一个目标函 数值遥 运用精华保留策略袁将得到的最优解直接添 加到下一代种群中咱员苑鄄员愿暂 遥 重复以上操作直到满足 系统要求遥 文中减摇鳍系统控制器采用 孕陨阅 控制遥 为考 虑实际应用袁选择 孕陨阅 控制器如式渊员冤遥 使得在采 用遗传算法优化 孕陨阅 控制作用下袁系统既能满足减 摇效果要求袁又能满足减摇鳍能耗最小的要求遥 本 文样本个数为 缘园袁交叉和变异概率分别为院 孕糟 越 园援愿 袁 孕皂 越 园援园员曰参数 运孕 取值为咱园袁员园园暂 袁 运陨 取值为 咱园袁缘园暂 袁 运阅 取值为咱园袁员园园暂 袁寻优时间为 员 园园园 泽袁步 长 园援员 泽遥 采用二进制编码袁经过 圆园园 代迭代遥 在终 止种群中选出一组最优的 孕陨阅 控制器参数 运孕 尧 运陨 和 运阅 分别为 员员援园缘猿尧园援源圆愿 和猿圆援苑猿远遥 根据上面分析知基于遗传算法多目标函数优化 的 孕陨阅 控制器原理如图 圆 所示遥 图 圆摇 遗传算法优化控制器原理图 云蚤早援圆摇 栽澡藻 泽赠泽贼藻皂 泽糟澡藻皂藻 憎蚤贼澡 燥责贼蚤皂葬造 孕陨阅 糟燥灶贼则燥造 源摇 系统仿真分析 传统 孕陨阅 控制器袁在特定航速和海情下袁具有 良好控制效果遥 当船舶在海上航行时袁孕陨阅 参数要 随海情的变化而变化遥 本文提出的模型袁对其进行 全局优化仿真遥 仿真海情院航速为 员愿 运灶尧圆圆 运灶袁船 舶航向与海浪的遭遇角 酌 分别取 源缘毅 尧 怨园毅 尧 员猿缘毅 进 行仿真遥 图 猿 为无减摇装置的横摇角仿真图遥 减摇 鳍系统对比曲线如图 源耀苑 所示遥 本文传统 孕陨阅 控 制器是在航速为 员愿 运灶袁有义波高为 猿援猿 皂袁遭遇角 为 怨园毅 下设定袁在此种海情下对减摇系统进行仿真遥 同等仿真条件下袁仿真数据对比如表 员 所示遥 图 猿摇 无减摇装置横摇角 云蚤早援猿摇 砸燥造造 葬灶早造藻 憎蚤贼澡燥怎贼 则燥造造 则藻凿怎糟贼蚤燥灶 糟燥灶贼则燥造 图 源摇 传统 孕陨阅 控制下横摇角 云蚤早援源摇 砸燥造造 葬灶早造藻 憎蚤贼澡 贼则葬凿蚤贼蚤燥灶葬造 孕陨阅 糟燥灶贼则燥造 图 缘摇 遗传算法优化 孕陨阅 横摇角 云蚤早援缘摇 砸燥造造 葬灶早造藻 憎蚤贼澡 燥责贼蚤皂葬造 孕陨阅 糟燥灶贼则燥造 遭赠 郧粤 第 源 期摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 于立君袁等院基于遗传算法的减摇鳍系统能量优化 窑源猿缘窑

·436 智能系统学报 第9卷 1 0-I e. 图6传统PD控制下鳍角速率 图7遗传算法优化PD鳍角速率 Fig.6 Fin angular rate with traditional PID control Fig.7 Fin angular rate with optimal PID control by GA 表1仿真效果对比 Table 1 Comparison of simulation effect 传统PD控制 遗传算法优化控制 航速Kn 遭遇角() 横摇 鳍角 减摇 横摇 鳍角 减摇 角度/（°） 速率/()·s 效率/% 角度/(o) 速率/（°）·s 效率/% 18/45 0.49 5.3 75.23 0.47 4.1 76.35 18/90 0.38 5.07 76.24 0.39 3.8 75.92 18/135 0.36 4.7 77.33 0.35 3.2 79.58 22/45 0.35 3.2 78.26 0.33 2.9 80.38 22/90 0.32 2.4 79.13 0.31 2.5 82.96 22/135 0.28 2.6 80.39 0.25 2.2 84.43 对比图4和图5以及数据统计表1可以看出， 标优化方法与传统PID控制系统相比，减摇效果稍 由于传统PD控制器参数是在特定航速和海情下进 微有所下降，但能量得到优化，整体性能指标最优。 行设定的，所以采用遗传算法优化PD减摇效果比 在未设定航速和遭遇角情况下，采用遗传算法多目 传统PD减摇效果稍微有所下降。但从能量消耗方 标优化方法既可以满足减摇效果，又能使减摇鳍系 面，对比图6和图7可以看出，采用传统PD控制的 统能量得到优化。综上，采用遗传算法多目标函数 鳍角速率要大于遗传算法优化PD控制的鳍角速 优化方法可以很好地达到减摇和能量优化的目的， 率，由式(3)可知，转鳍角速率大意味着减摇鳍系统 因此具有一定实际应用价值。 工作消耗能量多。从表1可以看出，在未设定航速 和海情下，采用遗传算法优化PD控制系统在满足 参考文献： 减摇效果基础上，能量也得到优化。说明采用遗传 [1]于立君，孟祥振，金鸿章，等综合减摇系统参数配置研究 算法多目标优化PD控制具有可行性。遗传算法优 [J].中国造船，2012,53：13-21. 化PID控制器不仅能提高减摇效果，而且兼顾能量 YU Lijun,MENG Xiangzhen,JIN Hongzhang,et al.Study 最优原则。 of configuration parameters of integrated stabilization system [J].Shipbuilding of China,2012,53:13-21. 5 结束语 [2]修智宏，任光.船舶减摇鳍模糊控制器的系统化设计与仿 本文从减摇鳍能耗和减摇效果角度出发，首先 真[J].系统仿真学报，2004,16(4)：621-624 对系统框图主要部分进行分析，通过横摇角方差、鳍 XIU Zhihong,REN Guang.Systematic design and simulation of ship fin stabilizer fuzzy controllers[].Acta Simulata Sys- 角方差以及鳍角速率和负载能耗三方面建立性能指 tematica Sinica,2004,16(4):621-624. 标。指标将能量优化与减摇效果相结合，建立多目 [3]WANG F,JIN H Z,QI Z G.Modeling for active fin stabiliz- 标函数，提出采用遗传算法多目标优化方法从性能 er at zero speed[]].Ocean Engineering,2009,36:1425- 指标优化角度来探索PD控制系统优化参数，从而 1437. 使能量和减摇效果得到优化。通过仿真验证减摇系 [4]郭惜久，程翔.随机海浪模型仿真[J].四川兵工学报， 统在设定航速和遭遇角情况下，采用遗传算法多目 2010,31(8):134-136

图 远摇 传统 孕陨阅 控制下鳍角速率 云蚤早援远摇 云蚤灶 葬灶早怎造葬则 则葬贼藻 憎蚤贼澡 贼则葬凿蚤贼蚤燥灶葬造 孕陨阅 糟燥灶贼则燥造 图 苑摇 遗传算法优化 孕陨阅 鳍角速率 云蚤早援苑摇 云蚤灶 葬灶早怎造葬则 则葬贼藻 憎蚤贼澡 燥责贼蚤皂葬造 孕陨阅 糟燥灶贼则燥造 遭赠 郧粤 表 员摇 仿真效果对比 栽葬遭造藻 员摇 悦燥皂责葬则蚤泽燥灶 燥枣 泽蚤皂怎造葬贼蚤燥灶 藻枣枣藻糟贼 航速 运灶 辕 遭遇角渊毅冤 传统 孕陨阅 控制 横摇 角度辕 渊毅冤 鳍角 速率辕 渊毅冤 窑泽原员 减摇 效率辕 豫 遗传算法优化控制 横摇 角度辕 渊毅冤 鳍角 速率辕 渊毅冤 窑泽原员 减摇 效率辕 豫 员愿 辕 源缘 园援源怨 缘援猿 苑缘援圆猿 园援源苑 源援员 苑远援猿缘 员愿 辕 怨园 园援猿愿 缘援园苑 苑远援圆源 园援猿怨 猿援愿 苑缘援怨圆 员愿 辕 员猿缘 园援猿远 源援苑 苑苑援猿猿 园援猿缘 猿援圆 苑怨援缘愿 圆圆 辕 源缘 园援猿缘 猿援圆 苑愿援圆远 园援猿猿 圆援怨 愿园援猿愿 圆圆 辕 怨园 园援猿圆 圆援源 苑怨援员猿 园援猿员 圆援缘 愿圆援怨远 圆圆 辕 员猿缘 园援圆愿 圆援远 愿园援猿怨 园援圆缘 圆援圆 愿源援源猿 摇 摇 对比图 源 和图 缘 以及数据统计表 员 可以看出袁 由于传统 孕陨阅 控制器参数是在特定航速和海情下进 行设定的袁所以采用遗传算法优化 孕陨阅 减摇效果比 传统 孕陨阅 减摇效果稍微有所下降遥 但从能量消耗方 面袁对比图 远 和图 苑 可以看出袁采用传统 孕陨阅 控制的 鳍角速率要大于遗传算法优化 孕陨阅 控制的鳍角速 率袁由式渊猿冤可知袁转鳍角速率大意味着减摇鳍系统 工作消耗能量多遥 从表 员 可以看出袁在未设定航速 和海情下袁采用遗传算法优化 孕陨阅 控制系统在满足 减摇效果基础上袁能量也得到优化遥 说明采用遗传 算法多目标优化 孕陨阅 控制具有可行性遥 遗传算法优 化 孕陨阅 控制器不仅能提高减摇效果袁而且兼顾能量 最优原则遥 缘摇 结束语 本文从减摇鳍能耗和减摇效果角度出发袁首先 对系统框图主要部分进行分析袁通过横摇角方差尧鳍 角方差以及鳍角速率和负载能耗三方面建立性能指 标遥 指标将能量优化与减摇效果相结合袁建立多目 标函数袁提出采用遗传算法多目标优化方法从性能 指标优化角度来探索 孕陨阅 控制系统优化参数袁从而 使能量和减摇效果得到优化遥 通过仿真验证减摇系 统在设定航速和遭遇角情况下袁采用遗传算法多目 标优化方法与传统 孕陨阅 控制系统相比袁减摇效果稍 微有所下降袁但能量得到优化袁整体性能指标最优遥 在未设定航速和遭遇角情况下袁采用遗传算法多目 标优化方法既可以满足减摇效果袁又能使减摇鳍系 统能量得到优化遥 综上袁采用遗传算法多目标函数 优化方法可以很好地达到减摇和能量优化的目的袁 因此具有一定实际应用价值遥 参考文献院 咱员暂于立君袁孟祥振袁金鸿章袁等援综合减摇系统参数配置研究 咱允暂援中国造船袁 圆园员圆袁 缘猿院 员猿鄄圆员援 再哉 蕴蚤躁怎灶袁 酝耘晕郧 载蚤葬灶早扎澡藻灶袁 允陨晕 匀燥灶早扎澡葬灶早袁 藻贼 葬造援 杂贼怎凿赠 燥枣 糟燥灶枣蚤早怎则葬贼蚤燥灶 责葬则葬皂藻贼藻则泽 燥枣 蚤灶贼藻早则葬贼藻凿 泽贼葬遭蚤造蚤扎葬贼蚤燥灶 泽赠泽贼藻皂 咱 允暂援 杂澡蚤责遭怎蚤造凿蚤灶早 燥枣 悦澡蚤灶葬袁 圆园员圆袁 缘猿院 员猿鄄圆员援 咱圆暂修智宏袁任光援船舶减摇鳍模糊控制器的系统化设计与仿 真咱允暂援系统仿真学报袁 圆园园源袁 员远渊源冤院 远圆员鄄远圆源援 载陨哉 在澡蚤澡燥灶早袁 砸耘晕 郧怎葬灶早援 杂赠泽贼藻皂葬贼蚤糟 凿藻泽蚤早灶 葬灶凿 泽蚤皂怎造葬贼蚤燥灶 燥枣 泽澡蚤责 枣蚤灶 泽贼葬遭蚤造蚤扎藻则 枣怎扎扎赠 糟燥灶贼则燥造造藻则泽咱 允暂援 粤糟贼葬 杂蚤皂怎造葬贼葬 杂赠泽鄄 贼藻皂葬贼蚤糟葬 杂蚤灶蚤糟葬袁 圆园园源袁 员远渊源冤 院 远圆员鄄远圆源援 咱 猿暂宰粤晕郧 云袁 允陨晕 匀 在袁 匝陨 在 郧援 酝燥凿藻造蚤灶早 枣燥则 葬糟贼蚤增藻 枣蚤灶 泽贼葬遭蚤造蚤扎鄄 藻则 葬贼 扎藻则燥 泽责藻藻凿咱 允暂援 韵糟藻葬灶 耘灶早蚤灶藻藻则蚤灶早袁 圆园园怨袁 猿远院 员源圆缘鄄 员源猿苑援 咱源暂郭惜久袁程翔援随机海浪模型仿真咱允暂援四川兵工学报袁 圆园员园袁 猿员渊愿冤 院 员猿源鄄员猿远援 窑源猿远窑 智 能 系 统 学 报摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 第 怨 卷

第4期 于立君，等：基于遗传算法的减摇鳍系统能量优化 .437. GUO Xijiu,CHENG Xiang.Simulation of random wave mod- [14]AZAMATHULLAA H,WUB F C,GHANIA AA,et al. el[J].Journal of Sichuan Ordnance,2010,31(8):134- Comparison between genetic algorithm and linear program- 136. ming approach for real time operation [J].Journal of [5]金鸿章，赵为平，綦志刚，等.基于遗传算法的减摇鳍-被 Hydro-environment Research,2008,2(3):172-181. 动水舱综合平衡系统最优控制器研究[J].中国航海， [15]王健，谢伟，熊治国.基于多目标遗传算法的飞行甲板参 2004,3:5-7. 数化设计优化方法[J].中国舰船研究，2013,8(1)：7- JIN Hongzhang,ZHAO Weiping,QI Zhigang,et al.Re- 12 search on the optimized controller of fin stablilizer-passive WANG Jian,XIE Wei,XIONG Zhiguo.Parametric optimi- ant-irolling tank integrated balance system based on genetic zation of the flight deck design based on the multi-objective algorithm[J].Navigation of China,2004,3:5-7. genetic algorithm[J].Chinese Journal of Ship Research, [6]NIELSEN S,ZHOU Q,KRAMER MM,et al.Optimal con- 2013,8(1):7-12 trol of nonlinear wave energy point converters[J].Ocean En- [16]WHITTAKER G,CONFESOR J RR,GRIFFITH S M,et gineering,2013,72:17-19. al.A hybrid genetic algorithm for multiobjective problems [7]赵淑香.零航速下减摇鳍的运动规律与能量优化探究 with activity analysis based local search [J].European [D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2009：34-47. Journal of Operational Research,2009,193(1):195-203. ZHAO Shuxiang.Study on movement and energy optimization [17]杨路春，李学斌，丁明君，等.多目标遗传算法和决策在 of zero-speed[D].Harbin:Harbin Engineering University, 船型论证中的应用[J].哈尔滨工程大学学报，2012， 2009:34-47. 33(12):1459-1464 [8]宋吉广，金鸿章，孟令卫.全航速减摇鳍鳍型优化设计 YANG Luchun,LI Xuebin,DING Mingjun,et al.Applica- [J].中国造船，2013,54(2)：110. tion of multi-objective genetic algorithm and decision-mak- SONG Jiguang,JIN Hongzhang,MENG Lingwei.Optimum ing skills in ship form evaluation[J].,Journal of Harbin design of aerofoil for fin stabilizer at whole speed range[ Engineering University,2012,33(12):1459-1464. Shipbuilding of China,2013,54(2):1-10. [18]李瑞敏，陆化普.基于遗传算法的交通信号控制多目标 [9]马磊，张显库基于混沌分析的船舶参数激励横摇运动及 优化[J].长安大学学报，2009(3)：85-88. 其减摇鳍控制研究[J].船舶力学，2013,17(7)：741- LI Ruimin,LU Huapu.Traffic signal control multi-object 746. optimization based on genetic algorithm[J].Journal of MA Lei,ZHANG Xianku.Ship parametric excitation rolling Chang'an University,2009(3):85-88. motion and its fin stabilizer control based on chaos analysis 作者简介： [J].Journal of Ship Mechanics,2013,17(7):741-746. 于立君，男，1975年生，副教授.博士 [10]金鸿章，王帆.零航速仿生减摇鳍水动力模型改进[J]: 主要研究方向为船舶运动控制、先进控制 机械工程学报，2010,46(23)：89-92. 理论及应用。获省科技进步二等奖1项、 JIN Hongzhang,WANG Fan.Improving hydrodynamic 省教学成果一等奖1项、二等奖1项。发 model for zero speed bionic fin stabilizer[J].Journal of 表学术论文40余篇，主编教材3部。 Mechanical Engineering,2010,46(23):89-92. [11]KO C,WANGA Shufan.Precast production scheduling u- sing multi-objective genetic algorithms[J].Expert Systems 刘少英，女，1987年生，硕士研究 with Applications,2011,38(7):8293-8302 生，主要研究方向为智能控制算法、船 [12]吴君.张京娟.采用遗传算法的多机自由飞行冲突解脱 舶运动控制。 策略[J].智能系统学报，2013,1(8)：1-5. WU Jun,ZHANG Jingjuan.Conflict resolution of multiple air- planes in free flight based on the genetic algorithm[J].CAAI Transactions on Intelligent Systems,2013,1(8):1-5. 王辉，女，1976年生，副教授，博 [13]LIN Rungchuan,MUSTAFA Y,PASUPATHY K S.Multi- 士，主要研究方向为智能控制、智能算 objective simulation optimization using data envelopment a- 法、图像处理、人工免疫。参加国家自 nalysis and genetic algorithm:specific application to deter- 然科学基金项目2项、横向课题2项， mining optimal resource levels in surgical services[J].O 承担实验室立项3项、教学改革立项3 mega,2013,41(5):881-892. 项。发表学术论文30余篇，被EI数据 库检索10篇，编著教材2部

郧哉韵 载蚤躁蚤怎袁 悦匀耘晕郧 载蚤葬灶早援 杂蚤皂怎造葬贼蚤燥灶 燥枣 则葬灶凿燥皂 憎葬增藻 皂燥凿鄄 藻造咱 允暂援 允燥怎则灶葬造 燥枣 杂蚤糟澡怎葬灶 韵则凿灶葬灶糟藻袁 圆园员园袁 猿员 渊 愿冤院 员猿源鄄 员猿远援 咱缘暂金鸿章袁赵为平袁綦志刚袁等援基于遗传算法的减摇鳍原被 动水舱综合平衡系统最优控制器研究咱允暂援中国航海袁 圆园园源袁 猿院 缘鄄苑援 允陨晕 匀燥灶早扎澡葬灶早袁 在匀粤韵 宰藻蚤责蚤灶早袁 匝陨 在澡蚤早葬灶早袁 藻贼 葬造援 砸藻鄄 泽藻葬则糟澡 燥灶 贼澡藻 燥责贼蚤皂蚤扎藻凿 糟燥灶贼则燥造造藻则 燥枣 枣蚤灶 泽贼葬遭造蚤造蚤扎藻则鄄责葬泽泽蚤增藻 葬灶贼鄄蚤则燥造造蚤灶早 贼葬灶噪 蚤灶贼藻早则葬贼藻凿 遭葬造葬灶糟藻 泽赠泽贼藻皂 遭葬泽藻凿 燥灶 早藻灶藻贼蚤糟 葬造早燥则蚤贼澡皂咱 允暂援 晕葬增蚤早葬贼蚤燥灶 燥枣 悦澡蚤灶葬袁 圆园园源袁 猿院 缘鄄苑援 咱远暂晕陨耘蕴杂耘晕 杂袁 在匀韵哉 匝袁 运砸粤酝耘砸 酝 酝袁 藻贼 葬造援 韵责贼蚤皂葬造 糟燥灶鄄 贼则燥造 燥枣 灶燥灶造蚤灶藻葬则 憎葬增藻 藻灶藻则早赠 责燥蚤灶贼 糟燥灶增藻则贼藻则泽咱 允暂援 韵糟藻葬灶 耘灶鄄 早蚤灶藻藻则蚤灶早袁 圆园员猿袁 苑圆院 员苑鄄员怨援 咱苑暂赵淑香援零航速下减摇鳍的运动规律与能量优化探究 咱阅暂援哈尔滨院哈尔滨工程大学袁 圆园园怨院 猿源鄄源苑援 在匀粤韵 杂澡怎曾蚤葬灶早援 杂贼怎凿赠 燥灶 皂燥增藻皂藻灶贼 葬灶凿 藻灶藻则早赠 燥责贼蚤皂蚤扎葬贼蚤燥灶 燥枣 扎藻则燥鄄泽责藻藻凿咱阅暂援 匀葬则遭蚤灶院 匀葬则遭蚤灶 耘灶早蚤灶藻藻则蚤灶早 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁 圆园园怨院 猿源鄄源苑援 咱愿暂宋吉广袁金鸿章袁孟令卫援全航速减摇鳍鳍型优化设计 咱允暂援中国造船袁 圆园员猿袁 缘源渊圆冤 院 员鄄员园援 杂韵晕郧 允蚤早怎葬灶早袁 允陨晕 匀燥灶早扎澡葬灶早袁 酝耘晕郧 蕴蚤灶早憎藻蚤援 韵责贼蚤皂怎皂 凿藻泽蚤早灶 燥枣 葬藻则燥枣燥蚤造 枣燥则 枣蚤灶 泽贼葬遭蚤造蚤扎藻则 葬贼 憎澡燥造藻 泽责藻藻凿 则葬灶早藻咱 允暂援 杂澡蚤责遭怎蚤造凿蚤灶早 燥枣 悦澡蚤灶葬袁 圆园员猿袁 缘源渊圆冤 院 员鄄员园援 咱怨暂马磊袁张显库援基于混沌分析的船舶参数激励横摇运动及 其减摇鳍控制研究咱允暂援船舶力学袁 圆园员猿袁 员苑 渊 苑冤院 苑源员鄄 苑源远援 酝粤 蕴藻蚤袁 在匀粤晕郧 载蚤葬灶噪怎援 杂澡蚤责 责葬则葬皂藻贼则蚤糟 藻曾糟蚤贼葬贼蚤燥灶 则燥造造蚤灶早 皂燥贼蚤燥灶 葬灶凿 蚤贼泽 枣蚤灶 泽贼葬遭蚤造蚤扎藻则 糟燥灶贼则燥造 遭葬泽藻凿 燥灶 糟澡葬燥泽 葬灶葬造赠泽蚤泽 咱 允暂援 允燥怎则灶葬造 燥枣 杂澡蚤责 酝藻糟澡葬灶蚤糟泽袁 圆园员猿袁 员苑渊苑冤 院 苑源员鄄苑源远援 咱员园暂金鸿章袁王帆援零航速仿生减摇鳍水动力模型改进咱允暂援 机械工程学报袁 圆园员园袁 源远渊圆猿冤 院 愿怨鄄怨圆援 允陨晕 匀燥灶早扎澡葬灶早袁 宰粤晕郧 云葬灶援 陨皂责则燥增蚤灶早 澡赠凿则燥凿赠灶葬皂蚤糟 皂燥凿藻造 枣燥则 扎藻则燥 泽责藻藻凿 遭蚤燥灶蚤糟 枣蚤灶 泽贼葬遭蚤造蚤扎藻则 咱 允暂援 允燥怎则灶葬造 燥枣 酝藻糟澡葬灶蚤糟葬造 耘灶早蚤灶藻藻则蚤灶早袁 圆园员园袁 源远渊圆猿冤 院 愿怨鄄怨圆援 咱员员暂运韵 悦袁 宰粤晕郧粤 杂澡怎枣葬灶援 孕则藻糟葬泽贼 责则燥凿怎糟贼蚤燥灶 泽糟澡藻凿怎造蚤灶早 怎鄄 泽蚤灶早 皂怎造贼蚤鄄燥遭躁藻糟贼蚤增藻 早藻灶藻贼蚤糟 葬造早燥则蚤贼澡皂泽咱 允暂援 耘曾责藻则贼 杂赠泽贼藻皂泽 憎蚤贼澡 粤责责造蚤糟葬贼蚤燥灶泽袁 圆园员员袁猿愿渊苑冤 院 愿圆怨猿鄄愿猿园圆援 咱员圆暂吴君袁张京娟援采用遗传算法的多机自由飞行冲突解脱 策略咱允暂援智能系统学报袁 圆园员猿袁 员渊愿冤 院 员鄄缘援 宰哉 允怎灶袁 在匀粤晕郧 允蚤灶早躁怎葬灶援 悦燥灶枣造蚤糟贼 则藻泽燥造怎贼蚤燥灶 燥枣 皂怎造贼蚤责造藻 葬蚤则鄄 责造葬灶藻泽 蚤灶 枣则藻藻 枣造蚤早澡贼 遭葬泽藻凿 燥灶 贼澡藻 早藻灶藻贼蚤糟 葬造早燥则蚤贼澡皂咱允暂援 悦粤粤陨 栽则葬灶泽葬糟贼蚤燥灶泽 燥灶 陨灶贼藻造造蚤早藻灶贼 杂赠泽贼藻皂泽袁 圆园员猿袁 员渊愿冤院 员鄄缘援 咱员猿暂蕴陨晕 砸怎灶早糟澡怎葬灶袁 酝哉杂栽粤云粤 再袁 孕粤杂哉孕粤栽匀再 运 杂援 酝怎造贼蚤鄄 燥遭躁藻糟贼蚤增藻 泽蚤皂怎造葬贼蚤燥灶 燥责贼蚤皂蚤扎葬贼蚤燥灶 怎泽蚤灶早 凿葬贼葬 藻灶增藻造燥责皂藻灶贼 葬鄄 灶葬造赠泽蚤泽 葬灶凿 早藻灶藻贼蚤糟 葬造早燥则蚤贼澡皂院 泽责藻糟蚤枣蚤糟 葬责责造蚤糟葬贼蚤燥灶 贼燥 凿藻贼藻则鄄 皂蚤灶蚤灶早 燥责贼蚤皂葬造 则藻泽燥怎则糟藻 造藻增藻造泽 蚤灶 泽怎则早蚤糟葬造 泽藻则增蚤糟藻泽咱 允暂援 韵鄄 皂藻早葬袁 圆园员猿袁 源员渊缘冤 院愿愿员鄄愿怨圆援 咱员源暂粤在粤酝粤栽匀哉蕴蕴粤粤 匀袁 宰哉月 云 悦袁 郧匀粤晕陨粤 粤 粤袁 藻贼 葬造援 悦燥皂责葬则蚤泽燥灶 遭藻贼憎藻藻灶 早藻灶藻贼蚤糟 葬造早燥则蚤贼澡皂 葬灶凿 造蚤灶藻葬则 责则燥早则葬皂鄄 皂蚤灶早 葬责责则燥葬糟澡 枣燥则 则藻葬造 贼蚤皂藻 燥责藻则葬贼蚤燥灶 咱 允 暂援 允燥怎则灶葬造 燥枣 匀赠凿则燥鄄藻灶增蚤则燥灶皂藻灶贼 砸藻泽藻葬则糟澡袁 圆园园愿袁 圆渊猿冤 院 员苑圆鄄员愿员援 咱员缘暂王健袁谢伟袁熊治国援基于多目标遗传算法的飞行甲板参 数化设计优化方法咱允暂援中国舰船研究袁 圆园员猿袁 愿渊 员冤 院 苑鄄 员圆援 宰粤晕郧 允蚤葬灶袁 载陨耘 宰藻蚤袁 载陨韵晕郧 在澡蚤早怎燥援 孕葬则葬皂藻贼则蚤糟 燥责贼蚤皂蚤鄄 扎葬贼蚤燥灶 燥枣 贼澡藻 枣造蚤早澡贼 凿藻糟噪 凿藻泽蚤早灶 遭葬泽藻凿 燥灶 贼澡藻 皂怎造贼蚤鄄燥遭躁藻糟贼蚤增藻 早藻灶藻贼蚤糟 葬造早燥则蚤贼澡皂 咱 允暂援 悦澡蚤灶藻泽藻 允燥怎则灶葬造 燥枣 杂澡蚤责 砸藻泽藻葬则糟澡袁 圆园员猿袁 愿渊员冤 院 苑鄄员圆援 咱员远暂宰匀陨栽栽粤运耘砸 郧袁 悦韵晕云耘杂韵砸 允 砸 砸袁 郧砸陨云云陨栽匀 杂 酝袁 藻贼 葬造援 粤 澡赠遭则蚤凿 早藻灶藻贼蚤糟 葬造早燥则蚤贼澡皂 枣燥则 皂怎造贼蚤燥遭躁藻糟贼蚤增藻 责则燥遭造藻皂泽 憎蚤贼澡 葬糟贼蚤增蚤贼赠 葬灶葬造赠泽蚤泽 遭葬泽藻凿 造燥糟葬造 泽藻葬则糟澡 咱 允 暂援 耘怎则燥责藻葬灶 允燥怎则灶葬造 燥枣 韵责藻则葬贼蚤燥灶葬造 砸藻泽藻葬则糟澡袁 圆园园怨袁 员怨猿渊员冤 院 员怨缘鄄圆园猿援 咱员苑暂杨路春袁李学斌袁丁明君袁等援 多目标遗传算法和决策在 船型论证中的应用咱允暂援 哈尔滨工程大学学报袁 圆园员圆袁 猿猿渊员圆冤 院员源缘怨鄄员源远源援 再粤晕郧 蕴怎糟澡怎灶袁蕴陨 载怎藻遭蚤灶袁阅陨晕郧 酝蚤灶早躁怎灶袁藻贼 葬造援 粤责责造蚤糟葬鄄 贼蚤燥灶 燥枣 皂怎造贼蚤原燥遭躁藻糟贼蚤增藻 早藻灶藻贼蚤糟 葬造早燥则蚤贼澡皂 葬灶凿 凿藻糟蚤泽蚤燥灶原皂葬噪鄄 蚤灶早 泽噪蚤造造泽 蚤灶 泽澡蚤责 枣燥则皂 藻增葬造怎葬贼蚤燥灶咱 允暂援 袁 允燥怎则灶葬造 燥枣 匀葬则遭蚤灶 耘灶早蚤灶藻藻则蚤灶早 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁 圆园员圆袁 猿猿渊员圆冤 院员源缘怨鄄员源远源援 咱员愿暂李瑞敏袁陆化普援基于遗传算法的交通信号控制多目标 优化咱允暂援长安大学学报袁 圆园园怨渊猿冤 院 愿缘鄄愿愿援 蕴陨 砸怎蚤皂蚤灶袁 蕴哉 匀怎葬责怎援 栽则葬枣枣蚤糟 泽蚤早灶葬造 糟燥灶贼则燥造 皂怎造贼蚤鄄燥遭躁藻糟贼 燥责贼蚤皂蚤扎葬贼蚤燥灶 遭葬泽藻凿 燥灶 早藻灶藻贼蚤糟 葬造早燥则蚤贼澡皂 咱 允 暂援 允燥怎则灶葬造 燥枣 悦澡葬灶早爷葬灶 哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁 圆园园怨渊猿冤 院 愿缘鄄愿愿援 作者简介院 摇 摇 于立君袁男袁员怨苑缘 年生袁副教授袁博士袁 主要研究方向为船舶运动控制尧先进控制 理论及应用遥 获省科技进步二等奖 员 项尧 省教学成果一等奖 员 项尧二等奖 员 项遥 发 表学术论文 源园 余篇袁主编教材 猿 部遥 刘少英袁女袁 员怨愿苑 年生袁硕士研究 生袁主要研究方向为智能控制算法尧船 舶运动控制遥 王辉袁女袁 员怨苑远 年生袁副教授袁博 士袁主要研究方向为智能控制尧智能算 法尧图像处理尧人工免疫遥 参加国家自 然科学基金项目 圆 项尧横向课题 圆 项袁 承担实验室立项 猿 项尧教学改革立项 猿 项遥 发表学术论文 猿园 余篇袁被 耘陨 数据 库检索 员园 篇袁编著教材 圆 部遥 第 源 期摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇 于立君袁等院基于遗传算法的减摇鳍系统能量优化 窑源猿苑窑