基于MATLAB的现代优化算法在飞行器气动外形设计中的应用
Matlab技术在航天飞行器导航和控制中的应用
Matlab技术在航天飞行器导航和控制中的应用近年来，航天领域的快速发展对导航和控制系统提出了更高的要求。
在航天飞行器的运行中，导航是确定位置、航向和速度等重要参数的过程，而控制则是根据导航结果，调整航天飞行器的位置、姿态和速度。
在这个过程中，Matlab技术发挥了关键的作用。
一、导航系统航天飞行器的导航系统是实现准确定位和正确航向的关键。
在过去的几十年里，航天领域采用了各种不同的导航技术，如全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)。
Matlab技术则用于处理导航数据和算法设计。
首先，Matlab提供了用于处理GPS数据的工具包。
航天飞行器可以通过GPS接收器获取卫星信号，并计算出其位置和速度。
Matlab可以通过导入GPS数据，进行数据预处理、滤波和校正等步骤，以提高位置和速度的准确性。
此外，Matlab还能够基于GPS数据进行路径规划和航向控制，以实现航天飞行器的准确导航。
其次，对于惯性导航系统(INS)而言，Matlab技术也起到了至关重要的作用。
INS通过测量航天飞行器的加速度和角速度，推算出其位置和速度。
Matlab可以用于处理和滤波INS数据，以提高导航的精度和稳定性。
此外，Matlab还能够设计INS算法，用于实时预测航天飞行器的轨迹和姿态，从而改进航天飞行器的导航能力。
二、控制系统航天飞行器的控制系统是实时调整姿态、位置和速度的关键。
在面对不同环境和任务需求时，控制系统需要能够快速且准确地响应。
Matlab技术提供了广泛的工具和函数，用于控制系统的设计和仿真。
首先，Matlab能够进行航天飞行器的姿态控制。
姿态控制是调整航天飞行器的方向和姿势，以实现期望的飞行状态。
Matlab可以根据航天飞行器的动力学模型和传感器数据，设计姿态控制算法，并进行实时仿真。
通过仿真分析，可以评估控制算法的性能和稳定性，为实际飞行提供指导。
其次，Matlab还能够进行航天飞行器的位置和速度控制。
飞行器设计中的气动优化算法研究
飞行器设计中的气动优化算法研究在现代航空航天领域，飞行器的设计是一项极其复杂且关键的任务。
其中，气动性能的优化直接关系到飞行器的飞行效率、稳定性和安全性。
而气动优化算法作为实现这一目标的重要工具，其研究和应用具有重要的意义。
要理解气动优化算法，首先得明白飞行器在空气中运动时所受到的各种气动力的影响。
当飞行器在空气中飞行时，空气会对其产生阻力、升力等力的作用。
这些力的大小和分布直接影响着飞行器的性能。
而气动优化算法的目的就是通过调整飞行器的外形、结构等参数，使得这些气动力达到最优的状态，从而提高飞行器的性能。
在过去的几十年里，研究人员提出了许多不同的气动优化算法。
其中，基于梯度的优化算法是较为常见的一类。
这类算法通过计算目标函数关于设计变量的梯度信息，来确定优化的方向。
例如，共轭梯度法、拟牛顿法等。
它们在处理一些简单的优化问题时，表现出了较高的效率和准确性。
然而，基于梯度的优化算法也存在一些局限性。
当优化问题的目标函数具有多个局部最优解或者设计变量的数量较大时，这类算法可能会陷入局部最优解，从而无法找到全局最优解。
为了克服这些问题，非梯度优化算法逐渐受到了关注。
遗传算法就是一种典型的非梯度优化算法。
它模拟了生物进化的过程，通过选择、交叉和变异等操作，对设计变量进行迭代优化。
由于其具有全局搜索能力，在处理复杂的多峰优化问题时，往往能够找到更优的解。
不过，遗传算法的计算量通常较大，收敛速度相对较慢。
粒子群优化算法也是一种非梯度优化算法。
它通过模拟鸟群的觅食行为来寻找最优解。
粒子群中的每个粒子都代表一个潜在的解，它们根据自身的历史最优位置和整个群体的最优位置来调整自己的速度和位置。
这种算法在一些情况下能够快速收敛到较好的解，但对于复杂的优化问题，可能会出现早熟收敛的现象。
除了上述算法之外，还有模拟退火算法、蚁群算法等其他非梯度优化算法，它们都在飞行器气动优化中发挥着各自的作用。
在实际的飞行器设计中，选择合适的气动优化算法并非易事。
Matlab技术在航空控制系统中的应用方法
Matlab技术在航空控制系统中的应用方法随着科技的发展，航空控制系统在现代航空领域中扮演着极其重要的角色。
为了保证航空器的安全和稳定飞行，航空控制系统需要应对各种复杂的问题和挑战。
而Matlab作为一种强大的数学计算和数据分析工具，被广泛应用于航空控制系统中。
本文将详细介绍Matlab技术在航空控制系统中的应用方法。
首先，Matlab在航空控制系统中的一个重要应用是飞行姿态控制。
飞行姿态控制是指通过控制飞机在空中的姿态（如俯仰、偏航和滚转等），以达到飞机稳定和指定航向的目的。
Matlab提供了一系列的飞行姿态控制算法和工具。
例如，我们可以使用Matlab进行负反馈控制，根据传感器测量的姿态数据和期望的姿态值来计算控制指令，并将其发送给飞行控制系统。
此外，Matlab还可以用于开发和优化飞行姿态控制算法，以提高飞机的稳定性和控制性能。
其次，Matlab在航空控制系统中的另一个重要应用是飞行路线规划和优化。
飞行路线规划是指确定飞机在空中的航路和航线，以便实现最优的飞行路径和节省燃料。
Matlab提供了一系列的优化算法和工具，可以帮助航空控制人员在考虑各种因素（如风、燃料消耗和航空管制等）的情况下，规划出最佳的飞行路线。
此外，Matlab还可以用于飞行路线的实时优化，以应对突发情况和交通管制等因素对航班的影响。
此外，Matlab还可以用于建立航空控制系统的数学模型和仿真平台。
航空控制系统的设计和优化需要基于数学模型进行。
通过使用Matlab，航空控制人员可以建立复杂的数学模型，模拟航空器的飞行动力学和气动特性，并进行系统性能和可靠性的评估。
此外，Matlab还支持航空控制系统的实时仿真，可以用于验证和调试控制算法，并提供可视化的结果和分析。
最后，Matlab还可以用于航空控制系统的数据分析和故障诊断。
航空控制系统需要实时监测飞机的状态和性能，并及时检测和诊断故障。
Matlab提供了一系列的数据分析和故障诊断工具，可以处理和分析大量的传感器数据，并自动检测异常和故障。
Matlab技术在飞行器导航中的应用案例分享
Matlab技术在飞行器导航中的应用案例分享随着航空事业的迅猛发展，飞行器的导航系统越来越重要。
无人机、航天器和民航飞机等飞行器的导航精度要求越来越高，对导航算法的需求也变得更为复杂。
在这方面，Matlab技术发挥了重要的作用。
本文将通过几个实际案例，分享Matlab技术在飞行器导航中的应用。
案例一：无人机航迹规划无人机的航迹规划是一项关键任务，它确定了无人机的轨迹和航线。
Matlab具备强大的数学计算和图形绘制功能，可以帮助无人机航迹规划专家进行快速且精确的计算。
通过Matlab，专家可以编写航迹规划算法，并将其可视化展示。
这使得无人机航迹规划人员可以更好地理解无人机的轨迹，并做出优化点评。
案例二：卫星导航系统设计卫星导航系统是现代飞行器导航的核心，例如全球定位系统（GPS）。
在卫星导航系统设计中，Matlab被广泛用于信号处理、接收机设计和导航算法验证。
用Matlab编写的仿真程序可以模拟各种导航场景，并评估系统性能。
此外，Matlab还支持与硬件设备的接口，可以实现实时的导航算法验证。
案例三：传感器融合与状态估计在飞行器导航中，传感器融合和状态估计是至关重要的。
在传感器融合过程中，来自不同传感器的数据被整合，以获得更准确的飞行器状态信息。
而状态估计则是根据传感器融合结果推测飞行器的位置和姿态。
Matlab拥有丰富的滤波器设计和优化工具，可以帮助工程师实现高效且稳定的传感器融合与状态估计算法。
案例四：飞行器导航性能评估对飞行器导航性能的评估是及时优化和改进导航系统的有效手段。
Matlab提供了多种性能评估工具，如误差分析、性能指标计算和数据可视化等。
通过这些工具，工程师可以分析导航系统的弱点，并针对性地进行改进。
同时，Matlab还支持批量处理数据，使得对于大量导航数据的性能评估更为高效。
总结Matlab技术在飞行器导航中发挥了重要的作用。
它不仅帮助实现了高精度的航迹规划和卫星导航系统设计，还支持传感器融合与状态估计的优化以及导航性能的评估。
飞行器气动设计中的优化算法研究
飞行器气动设计中的优化算法研究在现代航空航天领域，飞行器的性能和效率对于飞行任务的成功至关重要。
而飞行器的气动设计作为影响其性能的关键因素之一，一直是研究的重点。
为了获得更优的气动性能，优化算法在飞行器气动设计中发挥着举足轻重的作用。
飞行器的气动设计是一个复杂且多变量的问题。
它涉及到飞行器的外形、翼型、机身结构等多个方面，而这些因素又相互影响，共同决定了飞行器在空气中的运动特性和性能表现。
传统的设计方法往往依赖于设计师的经验和反复的试验，这种方式不仅耗费大量的时间和资源，而且难以获得最优的设计方案。
随着计算机技术和数学算法的发展，优化算法为飞行器气动设计提供了新的思路和方法。
常见的优化算法包括遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法等。
遗传算法是一种基于自然选择和遗传变异的优化算法。
它通过模拟生物的进化过程，对设计变量进行编码，然后通过选择、交叉和变异等操作，不断生成新的个体，逐步逼近最优解。
在飞行器气动设计中，遗传算法可以用于优化飞行器的外形和翼型，以减小阻力、提高升力等。
例如，在设计机翼的形状时，可以将机翼的几何参数编码为基因，通过遗传算法的迭代运算，找到最优的机翼形状，从而提高飞行器的升阻比。
模拟退火算法则是基于固体退火过程的一种随机搜索算法。
它在搜索过程中引入了一定的随机性，以避免陷入局部最优解。
在飞行器气动设计中，模拟退火算法可以用于优化飞行器的布局和结构，以提高其稳定性和操纵性。
通过不断调整设计变量，模拟退火算法能够在较大的设计空间中找到更优的设计方案。
粒子群优化算法是一种基于群体智能的优化算法。
它通过模拟鸟群的觅食行为，使粒子在解空间中不断搜索最优解。
在飞行器气动设计中，粒子群优化算法可以用于优化飞行器的控制参数，如舵面的偏转角度和发动机的推力等，以实现更好的飞行控制性能。
然而，这些优化算法在应用于飞行器气动设计时，也面临着一些挑战。
首先，飞行器气动设计问题通常具有高维度和非线性的特点，这使得优化算法的搜索空间巨大，计算成本高昂。
Matlab技术在空气动力学研究中的应用案例
Matlab技术在空气动力学研究中的应用案例一、引言随着科学技术的不断发展，空气动力学研究在航空航天领域的重要性日益凸显。
空气动力学研究主要研究空气对物体的作用力及其相互作用，对于飞行器的设计、性能评估以及飞行控制具有重要意义。
在过去的几十年里，Matlab作为一种广泛应用的科学计算软件，被广泛用于空气动力学研究领域。
本文将通过几个应用案例，详细介绍Matlab技术在空气动力学研究中的应用。
二、气动力模拟气动力模拟是空气动力学研究的基础，通过模拟飞行器在不同飞行状态下所受的气动力，可以为设计改进提供重要依据。
Matlab提供了丰富的数学函数和计算工具，使得气动力模拟变得更加容易和高效。
例如，通过使用Matlab编写的流体流动方程求解程序，可以模拟不同飞行器形状在不同飞行状态下的气动力。
同时，Matlab还可以绘制出可视化的气动力分布图，帮助研究人员更直观地了解飞行器的气动性能。
三、飞行器设计优化飞行器的设计优化是空气动力学研究的重要内容之一。
通过对飞行器的几何形状、机翼布局等进行优化，可以提高飞行器的气动性能和飞行效率。
在飞行器设计阶段，Matlab可以用来解决最优化问题，例如建立数学模型，并通过非线性规划算法求解最佳设计参数。
通过不断迭代和优化，可以得到更加理想的设计方案。
四、飞行控制系统设计飞行控制是飞行器研究中至关重要的一部分。
Matlab提供了强大的控制系统设计工具箱，可用于设计和分析复杂的飞行控制系统。
例如，通过使用Matlab的控制系统设计工具箱，可以设计飞行器的自动驾驶控制系统，实现飞行器的自动起飞、自动巡航等功能。
同时，还可以通过Matlab对飞行器的稳定性和控制性能进行分析和验证，确保飞行器的安全性和可控性。
五、飞行器性能评估飞行器性能评估是空气动力学研究中的重要任务之一。
通过对飞行器在不同工作条件下的性能参数进行评估，可以对飞行器的性能进行全面的分析和评价。
Matlab提供了强大的数学计算和分析功能，可以通过统计方法对飞行器的性能参数进行综合评估。
MATLAB在航空航天工程中的应用实践
MATLAB在航空航天工程中的应用实践导言：航空航天工程作为现代科技领域的重要组成部分，在各个环节中都需要借助计算机工具对数据进行处理和分析。
MATLAB作为一种强大的科学计算软件，具备丰富的函数库和编程环境，因此在航空航天工程中有着广泛的应用。
本文将讨论MATLAB在航空航天工程中的应用实践，并探讨其在不同领域中的具体应用。
1. 飞行器性能分析与设计在航空航天工程中，飞行器的性能分析与设计是一个关键环节。
MATLAB可以利用其强大的矩阵计算能力和图形绘制功能，对飞行器的性能参数进行分析和优化。
通过建立数学模型，可以模拟飞行器的飞行状态和性能指标，并通过MATLAB进行计算和优化。
例如，可以利用MATLAB进行飞行器的飞行轨迹规划、姿态控制、推力分配等方面的设计与优化。
2. 数据处理与分析航空航天工程中产生的海量数据需要进行有效的处理和分析，以提取有价值的信息。
MATLAB提供了丰富的数据处理和分析函数，可以对航空航天工程中的各类数据进行处理和分析。
例如，可以利用MATLAB进行测量数据的滤波、插值和拟合，以获得更精确和可靠的数据。
同时，MATLAB还可以通过统计分析和数据可视化方法，对数据进行分析和展示，以便于工程师对数据进行理解和决策。
3. 控制系统设计与仿真在航空航天工程中，控制系统设计与仿真是一个至关重要的环节。
MATLAB 提供了丰富的控制系统设计与仿真工具箱，可以对航空航天工程中的控制系统进行建模、仿真和优化。
例如，可以利用MATLAB进行飞行器的稳定性分析和控制器设计，以提高飞行器的飞行品质和安全性。
同时，MATLAB还可以通过建立模型和仿真环境，对控制系统进行验证和优化。
4. 信号处理与图像处理航空航天工程中常常涉及到信号处理和图像处理的问题，例如雷达信号处理、图像匹配与识别等。
MATLAB提供了丰富的信号处理和图像处理函数，可以对航空航天工程中的各类信号和图像进行处理和分析。
例如，可以利用MATLAB进行雷达信号的滤波、去噪和目标检测，以提高航空航天工程中的传感器性能。
飞行器气动外形优化设计
飞行器气动外形优化设计在飞行器设计中，气动外形的优化是提高飞行性能和效率的重要步骤。
通过对飞行器的外形进行合理优化，可以减少气动阻力、提高升力和稳定性，从而提高整体性能。
本文将讨论飞行器气动外形优化的原则、方法和应用。
一、气动外形优化的原则在进行气动外形优化设计时，需要遵循以下几个原则：1. 流线型原则：飞行器的外形应尽可能符合流线型，以减小气动阻力。
流线型外形可以减少飞行器与空气的摩擦，降低飞行器所受到的阻力，提高飞行效率。
2. 减少阻力和增加升力的平衡原则：气动外形的设计应综合考虑减少阻力和增加升力。
过于追求减小阻力可能会导致升力不足，使飞行器难以起飞或维持稳定飞行；而过于追求增加升力可能会导致阻力增加，使飞行器的速度受限。
3. 稳定性和机动性的兼顾原则：气动外形的设计应同时考虑飞行器的稳定性和机动性。
稳定性是指飞行器在各种工况下保持稳定飞行的能力；机动性是指飞行器的灵活性和敏捷性，能够适应各种操纵需求。
优化设计应在两者之间找到平衡点。
二、气动外形优化的方法气动外形优化的方法主要包括仿生设计、数值模拟和实验验证。
1. 仿生设计：仿生设计是通过模仿自然界中生物的外形和结构，在飞行器的气动外形中引入生物特征，以实现优化设计。
例如，借鉴鸟类的翼型设计，可以提高飞行器的升力和降低阻力。
2. 数值模拟：数值模拟是通过计算流体力学（CFD）方法对飞行器的气动特性进行分析和预测。
利用CFD软件进行数值模拟，可以有效评估不同外形设计的气动性能，为优化设计提供依据。
3. 实验验证：实验验证是通过模型试验或实际飞行试验对不同外形设计的气动性能进行验证。
通过实验可以验证数值模拟结果的准确性，并进一步优化设计。
三、气动外形优化的应用飞行器气动外形优化的应用范围广泛，涵盖了民用航空、军事航空、宇航等领域。
1. 民用航空：在民用航空领域，如民用客机、货运机等，气动外形的优化设计可以减少阻力，提高燃油效率，增加载重能力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
LT 3. 2951 7. 2816 4. 6428 4. 6661 4. 6537
目标值 K
1. 8407 1. 9703 1. 9392 1. 9448 1. 9416
一般而言, 细长体的升阻比较大, 而舵面积达到 最大值时, 其对升阻比的贡献最大, 表 1 中的优化设 计数据证明了这一事实, 同时也说明了优化结果的 合理性。除了简单遗传算法搜索能力相对较差外, 三 种方法重复多次计算都给出了相当接近的近似最优 解。由于在 HGA 算法中对参数上溢和下溢作了特 殊处理, 因此使得最优解达到精确的边界值。由表 2 可见, 三种算法的计算花费是可以接受的。
译器生成动态链接库( DL L ) 文件, 这样就可以直接 在 MAT L AB 语言环境下直接调用了。
2 设计实例
利用以上算法, 本文在 M AT L AB 语言环境下 对高超声速飞行器的气动外形参数优化问题进行了 研究。所选飞行器为带控制舵飞行器和可变弯体飞 行器。锥体气动力根据广义内伏牛顿流理论计算, 舵 面气动力按修正的牛顿流理论计算, 总的气动力按 线性叠加[ 6, 7] 。这种方法具有快速有效的特点, 能够 满足工程设计的一般需要。而且采用这种气动力估 算方法可以弥补遗传算法计算量大的不足。原来的 气动力分析程序是用 For tran 编程的, 通过 MA T L AB 编译器生成 动态链接库( DL L ) 文 件, 以便 在 M AT L AB 语言环境下调用。 2. 1 带控制舵飞行器的气动外形
简单遗传算法采用浮点数编码, 指数形式的适 应度定标方法, 择优比例选择算子, 单点交叉, 均匀 变异算子以及最优保存策略。
混合( 模拟退火) 遗传算法采用浮点数编码, 指 数形式的适应度定标方法, 择优比例选择算子, 算术 交叉算子, 非均匀变异算子以及最优保存策略。在每 一代进化完成后, 在每一个个体的邻域进行一次扰 动, 并按照模拟退火中的 M et ro plis 准则接受新解。 由于混合了模拟退火算法, 极大地改进了简单遗传 算法局域搜索能力不强的弱点。另外, 由于采用与退
关键词: 飞行器设计; 气动外形; 现代优化算法; M A T LA B 语言 中图分类号: V 411 文献标识码: A 文章编号: 1000-1328( 2003) 01-0103-04
0 引言
为了完成既定任务使命, 高超声速飞行器必须 具有一定的机动性、稳定性和操纵性。这类飞行器的 气动外形一般采用旋成体带控制舵或者非对称体形 式。在进行气动外形参数优化设计时, 除了要获得最 大升阻比, 还要保证较高的控制舵效率, 以及较低的 铰链力矩。一般而言, 飞行器气动外形优化往往是复 杂的单目标或多目标非线性优化问题。
收稿日期: 2002-05-21, 修回日期: 2002-10-13。 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 批准号 10072074)
10 4
宇航学报
第 24 卷
火温度相关的指数形式的适应度定标方法, 个体选 择压力随着退火温度的降低逐渐增大, 因此, 算法的 收敛速度提高。
模拟退火算法源于对固体退火温度的模拟, 通 过邻域搜索技术产生新解, 按照 M etr oplis 准则接 受新解, 并使用冷却进度表参数控制算法进程, 以便 在多项式时间里获得问题的一个近似最优解。
HF 1. 0 0. 5 0. 9791 1. 0 0. 9823
HB 1. 0 0. 7 0. 7008 0. 7 0. 7016
LW 1. 0 0. 5 0. 9744 1. 0 0. 9780
+ 1. 0 0. 8880 0. 9871 0. 9818 0. 9898
SMR 0. 0907 0. 0385 0. 0437 0. 0499 0. 0467
在 HGA 和 Anneal 算法中, 初始退火温度为 1, 指数
退火系数 0. 85。在 Anneal 算法中, Markov 链长取
50, 即在每个温度下在可接受解的邻域搜索 50 次。
第1期
张 勇等: 基于 M A T L A B 的现代优化算法在飞行器气动外形设计中的应用
105
参数上限 参数下限
其中, beta 为最优解向量, 对于多 目标遗传算 法 bet a 为参数空间非劣解集, fo bj 为目标空间非劣 解集, st opcode 为算法终止的状态; funst r 为用户应 用程序名字符串; parspace 为设计参数的上下限矩 阵; opt ions 为算法的控制参数, 比如种群规模, 交叉 概率, 变异概率, 退火温度等, 程序中给出了缺省选 择; p1, p2, p3 为传给目标函数 f unst r 的变量。
[ bet a, st opco de ] = Anneal ( f unstr , parspace, optio ns, p1, p2, p3) % 模拟退火算法
[ bet a, fobj] = P GA ( funst r, par space, opt ions, p1, p2, p3) % 多目标遗传算法
这些算法在 M ATLAB 中的 M - 函数文件头 分别如下:
[ bet a, st opco de] = SGA ( f unstr , parspace, optio ns, p1, p2, p3) % 简单遗传算法
[ bet a, st opcode] = HGA ( f unst r, parspace, optio ns, p1, p2, p3) % 混合遗传算法
∑ m ax 平均操纵效率 c*
=
1N N k= 1
A( k) T
D( k)
m in 铰链力矩 c*mj =
‖C
( k) mj
(
_
x,
A( k) T
,
M∞)
‖m ax
k = 1, …, N
成可弯转的, 从而利用非对称外形来获得机动能 力[ 7, 8] 。其气动外形如图 2 所示。可变弯体飞行器的 设计关键之一是配平铰链力矩。如果铰链力矩接近 于零, 则可变弯体部分处于“自由漂浮”状态, 这对于
操纵效率最大化。即就是,
求解
设计变
量
_
x
=
( L tail , x cg , Rn , Hc) , 使得
SG A HGA A nn eal
表 1 优化设计结 果( 表中设计变量用参数上限归一化, 长度用底部直径归一化)
T able 1 O pt imum of desig n v ariables
设计变量
约束函数
Rn 1. 0 0. 5 0. 8075 0. 5 0. 7375
LF 1. 0 0. 5 0. 9768 1. 0 0. 9814
利用上述算法, 本文求解了带控制舵飞行器和 可变弯体飞行器的优化气动外形问题。实际算例表 明, 在快速有效的气动力分析方法辅助之下, 本文所 发展的 M AT L AB 现代优化算法可以在飞行器初始 设计中发挥作用。
1 基于 MATLAB 语言发展的现代优化算法
本文所提供的基于 M AT L AB 语言的现代优化 算法包括简单遗传算法、混合( 模拟退火) 遗传算法, 模拟退火算法, 以及采用基于分支联赛选择的多目 标遗传算法[ 2～5] 。这些算法都是最大化无约束优化 问题的。
第 24 卷第 1 期 2003 年 1 月
宇 航 学 报
Journal of A str onautics
V o l. 24 No . 1 January 2003
基于 MATLAB 的现代优化算法在飞行器气动 外形设计中的应用
张 勇1, 唐 伟1, 李为吉1, 马 强2, 张鲁民2
( 1. 西北工业大学, 西安 710072; 2. 中国空气动力研究与发展中心, 绵阳 621000)
2) 静稳定裕度: S MR ≤S MR 0
3)
设计
变量:
_
x
L
≤
_
x
≤x_
U
这里取 S MR 0= 0. 05, L T0/ D = 4. 6661。
采用缺省的 o pt ions 参数, 三种单目标算 法所
得设计结果如表 1 所示。其中, 在 SGA 和 HGA 算
法中, 种群规模为 50, 交叉概率 0. 6, 变异概率 0. 2;
这种飞行器的常规气动外形为球双锥加十字布 局的三角形全动控制舵, 如图 1 所示。本文考虑一种 简化的优化设计模型: 在给定飞行状态、控制舵锁定
图 1 带控制舵飞行器气动布局 Fig. 1 A bi-co ne vehich with crucifo rm flaps
情况下, 确定使飞行器的升阻比最大化的外形, 并且
对于约束非线性规划问题, 采用序列无约束最 小 化方法( SUM T ) 来求解, 罚因子通 过参数 P 1 传 值, 并在算法中以一定形式增加; 用户目标程序采用 M ATLAB 和其他语言( C 或 Fo rtran) 混合编程的 方法, 利用 M exF unct ion 函数, 通 过 MAT L AB 编
在优化工具方面, 传统的 M AT LAB 优化工具箱 中求解非线性优化问题的方法主要是拟牛顿法、序列 二次规划等, 该算法对于解析问题非常有效, 但是只 能获得局部最优解[ 1] 。对于不具有解析形式、非线性 的工程优化问题, 依然采用 M AT L AB 优化工具箱来 求解, 就可能得不到满意解。事实上, 本文利用 M AT L AB 优化工具箱提供的约束极小化( fm incon) 方法 进行优化时, 仅得到了可行解。为此, 本文在参考互联 网上公开资源的基础上, 发展了 M AT LAB 现代优化 算法( 遗传算法、模拟退火算法和基于分支联赛选择 的多目标遗传算法) 。这些算法都是现在比较流行的 全局优化算法, 与传统算法相比较, 具有求解全局最 优解的能力, 但其缺点是计算量较大。