بخشی از مقاله
چکیده -
در این پژوهش میدان مغناطیسی زیر یک شناور مدل مورد مطالعه قرار گرفته است. بزرگی میدان مغناطیسی یک شناور میتواند برای ردیابی شناور مورد استفاده قرار گیرد . در این پژوهش هدف کاهش بزرگی میدان میباشد که برای رسیدن به این هدف از چندین روش بهینهسازی استفاده شده است. از آنجایی که میدان مطلوبی به صورت پیش فرض وجود ندارد لذا استفاده از روش های بهینه سازی تکاملی میتواند در این مسئله مفید واقع شود. از جملهی این روشها میتوان به الگوریتم های ژنتیک، تبرید شبیهسازی شده و الگوریتم کوچ پرندگان اشاره کرد که در این پژوهش نیز مورد استفاده قرار گرفته است. مدل استفاده شده در این پژوهش نیز یک مدل شناور میباشد که دارای ادوات قطعات مختلفی است که در قسمتهای مختلف شناور قرار گرفتهاند. هرکدام از این قطعات در فضاهای مشخصی میتوانند جابجا شوند هر چند که این فضاها محدود میباشند. با در نظر گرفتن این محدودیتهای مکانی و با توجه به الگوریتمهای تکاملی مورد استفاده، در نهایت مکانهای بهینهای برای این ادوات به دست میآید. نتایج حاصل از شبیهسازیها نشان از دقت این روشها برای این مسئله دارد. از نتایج این پژوهش میتوان در ابعاد صنعتی نیز استفاده کرد. همچنین از فواید این پژوهش می توان به استتار مغناطیسی شناور، کاهش هزینههای مرتبط با دگاسینگ و همچنین بهینهسازی طراحی شناور اشاره کرد.
کلید واژه- بهینهسازی میدان مغناطیسی، الگوریتمهای تکاملی بهینهسازی، الگوریتم ژنتیک
-1 مقدمه
با پیشرفت روز افزون علوم و تکنولوژی، به مرور زمان وسایل و تجهیزات پیچیدهتری در صنایع نظامی و دفاعی مورد استفاده قرار گرفتهاند که از جملهی این تجهیزات میتوان به مینهای هوشمند دریایی اشاره کرد که با هدف تخریب و یا انهدام شناورها به کار میروند. برای حفظ شناورها در برابر این مینهای هوشمند بایستی اقداماتی در جهت استتار مغناطیسی شناور انجام گیرد. اگر مشخصه مغناطیسی شناور کمتر از سطح تشخیص مینهای دریایی در آبهای عمیق باشند، آنگاه نیاز به استتار مغناطیسی و یا جاروب مینهای مغناطیسی نمیباشد. این موضوع باعث جلوگیری از هدر رفتن زمان برای جاروب کردن مینهای دریایی و دیگر عملیاتهای پیشگیرانه دریایی میشود که در نتیجه باعث کاهش و صرفهجویی در زمان و هزینه عملیاتهای نظامی میشود. در آبهای کم عمق کاهش مشخصه مغناطیسی باعث کاهش سطح تشخیص در مینها می شود. اگر بزرگی مشخصه مغناطیسی شناور کاهش یابد، آنگاه سطح تشخیص شناورها به شدت کاهش مییابد و با این روش میتوان امنیت شناور را حفظ نمود. منابع تولید میدان مغناطیسی در شناورها به چهار دسته تقسیم میشوند که در محدودهی فرکانس باند بسیار پایین1 که تقریبا حدود 3 هرتز میباشد قرار گرفتهاند. این چهار دسته عبارتند از:
· میدان مغناطیسی القا شده توسط میدان زمین حین ساخت شناور که در قسمت های فلزی - فرومغناطیسی - شناور ایجاد می شوند.
· میدان حاصل از جریان گردابی ایجاد شده که در قسمت های مختلف شناور و بر روی قطعات هادی
در این طرح سیستم مورد نظر میدان مغناطیسی در فضای زیر یک شناور مدل میباشد که میبایست با استفاده از الگوریتم-های بهینهسازی مناسب، مکانهای بهینهای برای تجهیزات و ادوات مختلف شناور به دست بیاوریم بهطوری که در نهایت باعث کاهش میدان مغناطیسی با فرم دلخواه مغناطیسی مورد نظر ما باشد. منظور از ادوات و تجهیزات شناور موتور، ژنراتور، کابین، کابلها، سیستم خنک کننده و غیره میباشد. در این طرح نتایج حاصل از اعمال کنترلرها با استفاده از نرم افزار Maxwell ارائه خواهد شد. همچنین برای اجرای الگوریتمهای بهینهسازی از نرمافزار MATLAB استفاده میشود. سیستم استفاده شده در ماکسول به صورت شکل 2 می- باشد.
-3 الگوریتمهای تکاملی
· میدان حاصل از جریان الکتریکی ایجاد شده در بدنه شناور که حاصل از حفاظت کاتدی و یا فرآیند خوردگی شیمیایی می باشد.
· میدان مغناطیسی حاصل از جریانهای جاری در موتورها، ژنراتورها، مدارات الکتریکی و کابلهای نصب شده بر روی شناور.
در این مقاله هدف کاهش میدان مغناطیسی شناور بر اساس چیدمان بهینهی ادوات و تجهیزات شناور میباشد. لذا سیستم مورد مطالعه در این طرح میدان مغناطیسی در زیر شناور میباشد که بایستی با استفاده از روشهای بهینهسازی، این میدان کاهش یابد و در نهایت باعث حفظ امنیت و ایمنی شناور شود.
-2 بیان مسئله
در این قسمت به شرح سیستم مورد نظر پرداخته می شود. سیستم مورد نظر پروفایل میدان مغناطیسی در یک سطح مشخص در زیر یک شناور مدل میباشد که میبایست این میدان اندازهگیری شده را کاهش دهیم. نمونهای از شناور مدل در شکل 1 نشان داده شده است که یک مدل شبیهسازی شده از یک شناور واقعی میباشد. همچنین همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است برای هر شناور میتوان در زیر آن فضای امن و خطری را به تفکیک میدان در آن فضاها مشخص کرد. از جمله ادوات و تجهیزات مهمی که باعث تولید میدان میشوند میتوان به موتورها، ژنراتورها، کابین، سیستم خنک کننده و غیره اشاره کرد. نحوه جایگیری این تجهیزات در شناورها میتواند میدان-های مغناطیسی متفاوتی را ایجاد کند که باعث شناسایی و انهدام شناور میشود. در بخش بعدی معادلات اساسی حاکم بر این گونه از مسائل که از جنس مسائل الکترومغناطیس است، توضیح داده میشود.
مسائل مورد مطالعه در این طرح از جنس مسائل فرکانس پایین میباشد.برخی از مهمترین این روش ها که جهت حل مسایل سخت غیر چند جمله ای مورد استفاده قرار میگیرد عبارتند از: روش SA - شبیهسازی تدریجی - ، روش GA - الگوریتم ژنتیک - ، روش TS - جستجوی ممنوعه - ، روش ACO - الگوریتم مورچگان - . از خصوصیات مهم این روشها میتوان به زمان رسیدن به نقطه بهینه اشاره کرد که که زمان مشخصی ندارند همچنین در مواقعی جوابهای بد نیز پذیرفته میباشد. از دیگر ویژگیها می-توان به راحتی نوشتن این الگوریتمها با زبانهای برنامه نویسی اشاره کرد. همچنین تنظیم پارامترها در این روشها با استفاده از صورت احتمالی برخورد می شود، بدین معنی که احتمال این که روش سعی و خطا میباشد. ساختار جامد پذیرفته شود با استفاده از رابطه ذیل تعیین می-
-1-3 الگوریتم تبرید شبیهسازی شده گردد که در آن:
