新型混合动力系统多目标动态规划策略研究

The application of the new type AIP（Air Independent Propulsion） hybrid power system upon the conventional power system underwater vehicle can enhance its navigational stealth and endurance greatly. Nevertheless the configuration of the system is more complex, with the operation modes more flexible. Hence how to choose the operation modes scientifically according to the various concrete situations, and how to carry out the power optimal matching among different units under various operation modes becomes an important and urgent propositon. Thus, the simulation of the highly nonlinear complex power system is researched in this topic firstly, and to solve the modeling of the battery, an integrated algorithm in which all of the intelligent neural network method、golden cut algorithm and the linear simulation technology are introduced is brought forward. And then, it is for the first time that both the modern optimization theory and the dynamic technology will be applied synchronously in the research of the multi-objective dynamic programming strategy upon the multi-energy power system under multi-dimensional generalized boundary conditions, so as to provide scientific guidance and theoretical basis for the performance evaluation checkout and practical navigational employment of the new type AIP hybrid power system.

新型AIP（Air Independent Propulsion：不依赖空气推进系统）混合动力系统在常规动力水下航行器上的应用可极大增强航行器自身的隐蔽性及续航力等指标，然而其系统更加复杂，工作模式愈加灵活多样，如何依据具体情况变化对系统的工作模式选择作出科学决策，以及在不同工作模式下如何进行各动力模块间的最佳功率匹配就成为一项亟待研究解决的重要命题。本题首先针对该强非线性复杂动力系统的组合建模技术展开研究，其中，在针对蓄电池建模时，提出利用智能神经网络算法结合黄金分割算法及线性模拟等技术来解决蓄电池模型建立的难题；在此基础上，尝试耦合航行器应用环境多维广义边界条件，并综合运用管理科学、运筹学等现代优化理论及动力学领域的理论及方法，来开展实际航行背景下针对该多能源动力系统多目标动态规划策略方面的研究工作，以期为该新型AIP混合动力系统的性能评估检验及实际航行使用提供科学指导及理论依据。

对常规动力水下航行器而言，动力系统使用方式的不同对航行器通气管航行暴露率、水下续航力、水下续航时间等重要战技术性能指标的影响很大，因此如何科学合理的使用其动力系统就成为一项重大课题，本研究尝试运用动力学领域的理论及观点来开展对战术背景约束条件下的现代常规动力水下航行器AIP混合动力系统优化使用策略问题的研究工作，以期能更好地把握不同动力系统优化匹配策略对航行器航行性能的影响，为其动力系统的性能评估检验及战术实际使用提供科学的理论指导。.本研究以一典型现代常规动力水下航行器AIP混合动力系统为对象，基于功率传递关系，全面、系统地建立了包括蓄电池能量模块、AIP发电机组模块、柴油发电机组模块、推进电机—轴系—螺旋桨—航行器体模块以及辅机耗电模块等在内的五大动力系统能量模块的数学模型，并由此搭建起了AIP混合动力系统能量传递网络模型。各模型仿真结果与实际测量值进行的比较表明所建模型及仿真方法能够满足工程应用的精度要求。.以提高航行器续航力性能为目的，对动力系统自身各种约束条件进行分析，以所建各动力系统模块模型为基础，建立了包含AIP发动机组功率优化分配模型、柴油发电机组功率优化分配模型等在内的航行器水下一次潜航最大续航力、一次潜航最大续航时间、全航程航渡最大续航力动态规划模型，并综合利用改进伪并行遗传算法等优化算法对各优化模型开展求解算法研究，得出了许多对动力系统的实际使用具有重要指导意义的结论。.以航行器在战术条件下的使用为背景，引入暴露率、航速等作战关键因素作为约束条件，对常规动力水下航行器航渡过程中的区域划分、动力系统使用原则等展开研究，提出了在指定战术性能指标要求下的航行器动力系统全航程多模式动态规划模型的分航段优化策略，并完成了对所建优化模型的优化求解算法研究。在对AIP混合动力系统使用优化辅助决策支持系统的软件功能构成及总体程序流程进行详细分析的基础上，开发出了一套AIP混合动力系统使用优化辅助决策支持系统。