一种水下滑翔机能耗最优的运动参数优化方法

摘要

本发明涉及一种水下滑翔机能耗最优的运动参数优化方法，输入水下滑翔机初始化参数；将运动参数约束条件数值中的最小值作为待优化运动参数的初始值；采用枚举计算方法分别计算出运动参数约束条件数值中所有滑翔角度条件下的G函数值；确定最大G函数值对应的滑翔角度；将滑翔速度增加一个迭代步长；如果超过最大滑翔速度约束条件，则运动参数约束条件数值中的滑翔深度增加一个迭代步长；如果超过最大滑翔深度约束条件，确定G函数值序列中的最大值，该G函数值序列中的最大值所对应的滑翔速度、滑翔深度和滑翔角度即为最优的滑翔运动参数。本发明综合优化了水下滑翔机的系统能耗特征和运动性能，提高水下滑翔机的能源利用率，提高水下滑翔机系统的续航能力。

主权项

1.一种水下滑翔机能耗最优的运动参数优化方法，其特征在于包括以下步骤：输入水下滑翔机初始化参数，包括水下滑翔机基本特征参数、运动参数约束条件数值、以及运动参数迭代步长；将运动参数约束条件数值中的最小值作为待优化运动参数的初始值；根据水下滑翔机系统特征函数，采用枚举计算方法分别计算出运动参数约束条件数值中所有滑翔角度条件下的G函数值；根据计算的G函数值确定最大G函数值对应的滑翔角度，即为给定滑翔深度和滑翔速度条件下的最优滑翔角度；将滑翔速度增加一个迭代步长；判断增加一个迭代步长后的滑翔速度是否超过运动参数约束条件数值中的最大滑翔速度约束条件；如果超过最大滑翔速度约束条件，则运动参数约束条件数值中的滑翔深度增加一个迭代步长；判断增加一个迭代步长后的滑翔深度是否超过运动参数约束条件数值中的最大滑翔深度约束条件；如果超过最大滑翔深度约束条件，则根据上述最优滑翔角度对应的G函数值序列，确定G函数值序列中的最大值，该G函数值序列中的最大值所对应的滑翔速度、滑翔深度和滑翔角度即为最优的滑翔运动参数，结束本次优化过程;所述水下滑翔机系统特征函数为G函数：$G(U,h,\gamma )=\frac{2h}{\tan \left|\gamma \right|E_G(U,h,\gamma )}$式中，γ为滑翔角度；h为滑翔深度；U为滑翔速度；E_G为水下滑翔机完成一个滑翔周期消耗的总能量;水下滑翔机完成一个滑翔周期消耗的总能量E_G通过以下公式得到：$\begin{array}{c}{E}_G(U,h,\gamma )=\left|\frac{{2U}^2(K_{L0}+K_L\alpha \left(\gamma \right))}{\rho g\cos \gamma }\right|(\frac{P_v}{q_v}+{\eta }_{\mathrm{bd}}\left(h\right)h)\\ +4\frac{{\mathrm{mP}}_p}{m_p{v}_p}\left|z_G\tan (\gamma +\alpha \left(\gamma \right))\right|+\frac{{2P}_{c}h}{U\sin \left|\gamma \right|}\end{array}---\left(7\right)$式中，α(γ)为滑翔运动攻角；K_L0、K_L为升力系数；P_v为浮力调节装置在水面以流量q_v工作时的功率；η_bd(h)为浮力调节装置在滑翔深度h处工作时的效率；z_G为水下滑翔机的稳心高；m为水下滑翔机的总重量；m_p为俯仰调节装置移动质量；P_p为俯仰调节装置以速度v_p移动质量块时的功率；P_c为控制系统作业过程中的平均功率。