本發(fā)明涉及飛機(jī)防滑剎車系統(tǒng)技術(shù)，尤其是涉及一種基于粒子群算法的防滑剎車系統(tǒng)余度規(guī)劃方法。
背景技術(shù)：
：防滑剎車系統(tǒng)是飛機(jī)著陸系統(tǒng)的重要組成部分，在飛機(jī)中止起飛、著陸剎車過(guò)程中都起著至關(guān)重要的作用。飛機(jī)著陸與起飛階段的安全是由防滑剎車系統(tǒng)來(lái)保障，同時(shí)它也影響飛機(jī)的跑道適應(yīng)及持續(xù)作業(yè)能力。對(duì)于飛機(jī)防滑剎車系統(tǒng)，提升系統(tǒng)的可靠性的主要手段之一就是進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。然后在冗余設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要考慮在指定元件數(shù)量(價(jià)格、體積、功耗)的限制條件下如何配置冗余元件使系統(tǒng)的可靠性達(dá)到極大，或在達(dá)到要求的可靠性指標(biāo)條件下使用資源最小。如何實(shí)現(xiàn)合理的冗余設(shè)計(jì)，是飛機(jī)防滑剎車系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題。目前還未有專家學(xué)者對(duì)此問(wèn)題展開(kāi)研究，提出適用于防滑剎車系統(tǒng)的余度規(guī)劃方法。冗余設(shè)計(jì)的近似解法有拉格朗日乘子法、極大值原理法等諸多方法。這些方法都計(jì)算量大，而且只能給出實(shí)數(shù)最優(yōu)解，而冗余元件的數(shù)目只能取整數(shù)。此外，還有一些直接尋查法，但它不能保證達(dá)到最優(yōu)解。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)不足，提出一種基于粒子群算法的防滑剎車系統(tǒng)余度規(guī)劃方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中余度規(guī)劃的計(jì)算量大、計(jì)算精度低的技術(shù)問(wèn)題。為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種基于粒子群算法的防滑剎車系統(tǒng)余度規(guī)劃方法，包括如下步驟：(1)按如下公式建立粒子群算法模型；其中，i＝1，2，…，n；d＝1，2，…，d，d為維度空間；為第i個(gè)粒子在d維空間的飛翔速度；為第i個(gè)粒子在d維空間的最優(yōu)位置；為第第i個(gè)粒子在d維空間的位置；為全局最優(yōu)位置；ω為慣性因子；c1和c2為加速常數(shù)；r1和r2是[0，1]范圍內(nèi)變換的隨機(jī)數(shù)；α為約束因子；(2)引入自適應(yīng)慣性因子，所述自適應(yīng)慣性因子的公式為：ωi＝(ωinitial-ωfinal)im+ωfinal(3)其中，ωi為自適應(yīng)慣性因子，ωinitial為初始的慣性因子；ωfinal稱為最終的慣性因子；g為最大迭代次數(shù)；m是[0.6，1.4]范圍內(nèi)變換的隨機(jī)數(shù)；(3)在d維空間隨機(jī)初始化各個(gè)粒子的位置和速度，并將自適應(yīng)慣性因子帶入公式(1)形成每個(gè)粒子速度和位置的更新將公式：(4)按防滑剎車系統(tǒng)的可靠度和總價(jià)格設(shè)定制約條件；(5)根據(jù)步驟(3)中的更新公式獲取滿足制約條件的可靠度和總價(jià)格。優(yōu)選的，所述步驟(4)中防滑剎車系統(tǒng)的可靠度的計(jì)算公式為：r＝(r1)n1(r2)n2…(rj)nj(5)其中，r為防滑剎車系統(tǒng)的可靠度；rj為防滑剎車系統(tǒng)的第j個(gè)部件在t時(shí)刻的可靠度，j為正整數(shù)；nj是第j個(gè)防滑剎車系統(tǒng)的第j個(gè)部件需要優(yōu)化的余度數(shù)量。優(yōu)選的，所述步驟(4)中防滑剎車系統(tǒng)的總價(jià)格的計(jì)算公式為：其中，c為防滑剎車系統(tǒng)的總價(jià)格；ci為第j個(gè)部件的單價(jià)。優(yōu)選的，所述制約條件為防滑剎車系統(tǒng)的總價(jià)格不高于設(shè)定值且其可靠度為最大值。優(yōu)選的，所述步驟(5)包括：根據(jù)步驟(3)中的更新公式獲取防滑剎車系統(tǒng)的可靠度和總價(jià)格，判斷獲取的可靠度和總價(jià)格是否滿足制約條件，若不滿足制約條件，則重復(fù)步驟(3)～(5)，若滿足制約條件，則獲取對(duì)應(yīng)的可靠度及每個(gè)部件需要優(yōu)化的余度余度數(shù)量。本發(fā)明通過(guò)在粒子群算法中引入自適應(yīng)慣性因子以對(duì)防滑剎車系統(tǒng)的各個(gè)部件進(jìn)行余度規(guī)劃，其有利于在搜索過(guò)程中加快收斂速度和目標(biāo)精度，其避免了搜索過(guò)程中錯(cuò)失最優(yōu)解的幾率，降低了計(jì)算資源的消耗、提高了搜索精度。具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于粒子群算法的防滑剎車系統(tǒng)余度規(guī)劃方法，包括如下步驟：(1)按如下公式建立粒子群算法模型；其中，i＝1，2，…，n；d＝1，2，…，d，d為維度空間；為第i個(gè)粒子在d維空間的飛翔速度；為第i個(gè)粒子在d維空間的最優(yōu)位置；為第第i個(gè)粒子在d維空間的位置；為全局最優(yōu)位置；ω為慣性因子，其為非負(fù)數(shù)；c1和c2為加速常數(shù)；r1和r2是[0，1]范圍內(nèi)變換的隨機(jī)數(shù)；α為約束因子；其中，慣性因子ω對(duì)于粒子群算法的收斂性起到很大作用，ω值越大，粒子飛翔幅度越大，容易錯(cuò)失局部尋優(yōu)能力，而全局搜索能力越強(qiáng)；反之，則局部尋優(yōu)能力增強(qiáng)，而全局尋優(yōu)能力減弱。通過(guò)調(diào)整ω的大小來(lái)控制歷史的速度對(duì)當(dāng)前速度的影響程度，使其成為兼顧全局搜索和局部搜索的一個(gè)折中。為了實(shí)現(xiàn)全局搜索和局部搜索能力之間的平衡，本發(fā)明提出一種自適應(yīng)慣性因子。(2)引入自適應(yīng)慣性因子，所述自適應(yīng)慣性因子的公式為：ωi＝(ωinitial-ωfinal)im+ωfinal(3)其中，ωi為自適應(yīng)慣性因子，ωinitial為初始的慣性因子；ωfinal稱為最終的慣性因子；g為最大迭代次數(shù)；m是[0.6，1.4]范圍內(nèi)變換的隨機(jī)數(shù)；(3)在d維空間隨機(jī)初始化各個(gè)粒子的位置和速度，并將自適應(yīng)慣性因子帶入公式(1)形成每個(gè)粒子速度和位置的更新將公式：本實(shí)施例通過(guò)引入自適應(yīng)慣性因子，其可通過(guò)迭代公式慣性因子在開(kāi)始時(shí)較大，然后隨著迭代過(guò)程逐步減小，其可使粒子群在開(kāi)始優(yōu)化時(shí)搜索較大的解空間，得到合適的種子，然后在后期逐漸收縮得到較好的進(jìn)行更精細(xì)的搜索，以加快收斂速度和目標(biāo)精度。(4)按防滑剎車系統(tǒng)的可靠度和總價(jià)格設(shè)定制約條件；由于常規(guī)的飛機(jī)防滑剎車系統(tǒng)主要由防滑控制、自動(dòng)剎車、剎車控制三個(gè)部分組成，具體為防滑控制裝置、機(jī)輪速度傳感器、電液壓力伺服閥、電磁活門、自動(dòng)剎車控制裝置、自動(dòng)剎車控制板、自動(dòng)剎車閥、剎車減壓閥、差動(dòng)活門、轉(zhuǎn)換活門、定量器。本實(shí)施例獲取的初始參數(shù)包括平均故障間隔時(shí)間、單價(jià)。為了便于說(shuō)明，本實(shí)施例以空客a320防滑剎車系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明。其中，空客a320防滑剎車系統(tǒng)的各個(gè)部件的部分參數(shù)表1所示：表1設(shè)備名稱mtbf(10^6h)單價(jià)余度范圍防滑控制裝置9.731～3機(jī)輪速度傳感器2.10.52～3電液壓力伺服閥2.122～4電磁活門3.324～6自動(dòng)剎車控制裝置9.832～4自動(dòng)剎車控制板1.10.32～4自動(dòng)剎車閥2.122～4剎車減壓閥2.132～4差動(dòng)活門4.224～6轉(zhuǎn)換活門4.124～6定量器2.114～6基于表1的數(shù)據(jù)，本實(shí)施例防滑剎車系統(tǒng)的可靠度的計(jì)算公式為：r＝(r1)n1(r1)n2…(rj)nj(5)其中，r為防滑剎車系統(tǒng)的可靠度；rj為防滑剎車系統(tǒng)的第j個(gè)部件在t時(shí)刻的可靠度，j為正整數(shù)；nj是第j個(gè)防滑剎車系統(tǒng)的第j個(gè)部件需要優(yōu)化的余度數(shù)量。本實(shí)施例所述步驟(4)中防滑剎車系統(tǒng)的總價(jià)格的計(jì)算公式為：其中，c為防滑剎車系統(tǒng)的總價(jià)格；ci為第j個(gè)部件的單價(jià)。本實(shí)施例所述制約條件則為防滑剎車系統(tǒng)的總價(jià)格不高于設(shè)定值且其可靠度為最大值。(5)根據(jù)步驟(3)中的更新公式獲取滿足制約條件的可靠度和總價(jià)格。具體的，其根據(jù)步驟(3)中的更新公式獲取防滑剎車系統(tǒng)的可靠度和總價(jià)格，判斷獲取的可靠度和總價(jià)格是否滿足制約條件，若不滿足制約條件，則重復(fù)步驟(3)～(5)，若滿足制約條件，則獲取對(duì)應(yīng)的可靠度及每個(gè)部件需要優(yōu)化的余度余度數(shù)量。具體獲取過(guò)程中，本實(shí)施例種群大小設(shè)置為20，粒子飛行最大速率為2，最大迭代次數(shù)為100，c1＝1.4946，c2＝1.4946，總價(jià)格的設(shè)定值為160萬(wàn)元。按本實(shí)施例的上述方法對(duì)空客a320防滑剎車系統(tǒng)的進(jìn)行余度規(guī)劃，同時(shí)采用遺傳算法和蟻群算法對(duì)空客a320防滑剎車系統(tǒng)的進(jìn)行余度規(guī)劃，將余度規(guī)劃的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如下表2；表2設(shè)備名稱本實(shí)施例遺傳算法蟻群算法防滑控制裝置232機(jī)輪速度傳感器333電液壓力伺服閥333電磁活門444自動(dòng)剎車控制裝置222自動(dòng)剎車控制板233自動(dòng)剎車閥222剎車減壓閥223差動(dòng)活門444轉(zhuǎn)換活門454定量器444可靠性最優(yōu)值0.9999880.9999370.999928時(shí)間消耗5分鐘8分鐘8分鐘由表2可知，本實(shí)施例的防滑剎車系統(tǒng)余度規(guī)劃方法獲取最佳可靠度的過(guò)程中明顯消耗了更少的計(jì)算時(shí)間和具有更高的計(jì)算精度，即減少了計(jì)算資源的消耗、提高了搜素精度。本發(fā)明通過(guò)在粒子群算法中引入自適應(yīng)慣性因子以對(duì)防滑剎車系統(tǒng)的各個(gè)部件進(jìn)行余度規(guī)劃，其有利于在搜索過(guò)程中加快收斂速度和目標(biāo)精度，其避免了搜索過(guò)程中錯(cuò)失最優(yōu)解的幾率，降低了計(jì)算資源的消耗、提高了搜索精度。以上所述本發(fā)明的具體實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所做出的各種其他相應(yīng)的改變與變形，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12