【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及模型參數(shù)優(yōu)化，具體涉及一種對波浪能裝置模型試驗(yàn)誤差進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化的方法。
技術(shù)介紹
1、波浪能是海洋能的一種重要形式，具有豐富的資源儲(chǔ)量，能為全球提供可再生的清潔能源。隨著化石燃料的逐漸枯竭和環(huán)境問題的日益突出，開發(fā)與利用海洋能已成為緩解全球能源危機(jī)的重要手段之一。海洋能的形式多樣，包括潮汐能、海流能、溫差能和波浪能，其中波浪能因其高能量密度和較為穩(wěn)定的特性，成為研究和開發(fā)的重點(diǎn)對象。近年來，全球范圍內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)均在積極開展波浪能轉(zhuǎn)換裝置的研發(fā)和優(yōu)化，以提高能量轉(zhuǎn)化效率和裝置的可靠性。
2、在波浪能裝置的研發(fā)過程中，模型試驗(yàn)是評估其性能的重要手段之一。由于原型裝置的建造和測試成本高昂，且試驗(yàn)條件難以完全控制，因此通常通過縮尺模型來進(jìn)行試驗(yàn)研究。模型試驗(yàn)的關(guān)鍵在于如何確保縮尺模型能夠準(zhǔn)確再現(xiàn)原型裝置在真實(shí)海洋條件下的行為。通常采用的相似準(zhǔn)則包括弗勞德相似準(zhǔn)則和雷諾相似準(zhǔn)則，以此來保證縮尺模型與原型在重力、慣性、粘性、摩擦等方面的力學(xué)相似性。然而，這兩種相似準(zhǔn)則在模型縮放條件上通常難以同時(shí)滿足，尤其在波浪能裝置涉及的多種力學(xué)效應(yīng)下，這由此導(dǎo)致了比尺效應(yīng)的產(chǎn)生。比尺效應(yīng)會(huì)對模型試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生不利影響，進(jìn)而影響對原型裝置性能的評估。目前，波浪能裝置的模型試驗(yàn)主要采用弗勞德相似準(zhǔn)則進(jìn)行縮放計(jì)算，弗勞德相似主要用于重力主導(dǎo)的現(xiàn)象，例如波浪傳播和自由液面運(yùn)動(dòng)，適合于模擬波浪能裝置中的主要水動(dòng)力行為。然而，粘性力和摩擦力的影響需要遵循雷諾相似準(zhǔn)則，而在模型縮放過程中，這兩種相似準(zhǔn)則無法同時(shí)得到滿足。這導(dǎo)致
3、現(xiàn)有的技術(shù)方案中，雖然采用弗勞德相似可以較好地模擬波浪的宏觀行為，但由于雷諾相似難以實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致模型試驗(yàn)結(jié)果往往存在誤差。尤其是在波浪能裝置涉及復(fù)雜流動(dòng)、粘性效應(yīng)和多種動(dòng)力學(xué)相互作用的情況下，這種誤差會(huì)顯著影響模型試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。現(xiàn)有技術(shù)方案的主要不足在于缺乏一種高效且系統(tǒng)化的方法來減小比尺效應(yīng)的影響。盡管數(shù)值模擬和試驗(yàn)修正能夠部分解決這一問題，但由于波浪能裝置的復(fù)雜性和試驗(yàn)成本的限制，現(xiàn)有方法在效率和準(zhǔn)確性上仍存在較大的改進(jìn)空間。具體來說，現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)包括：
4、1、系統(tǒng)性不足：現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析方法缺乏系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)管理，無法全面分析和歸納多種變量因（如裝置結(jié)構(gòu)、pto系統(tǒng)類型、模型縮尺比例、波浪工況等）環(huán)境條件下，比尺效應(yīng)對模型實(shí)驗(yàn)的影響，缺乏建立系統(tǒng)性數(shù)據(jù)庫來管理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的手段，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)分析的全面性和結(jié)果的穩(wěn)定性較差。
5、2、缺乏高效的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：現(xiàn)有技術(shù)在面對多種變量和實(shí)驗(yàn)條件時(shí)，通常依賴于經(jīng)驗(yàn)和手動(dòng)調(diào)整，難以做到系統(tǒng)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，為了評估不同實(shí)驗(yàn)條件下比尺效應(yīng)對模型實(shí)驗(yàn)的影響，往往要進(jìn)行大量的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，耗時(shí)且成本高，缺乏正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等高效的實(shí)驗(yàn)方法，難以實(shí)現(xiàn)快速、低成本地對多個(gè)變量進(jìn)行系統(tǒng)化的分析和量化。
6、3、優(yōu)化能力有限：現(xiàn)有方法中的優(yōu)化過程主要通過經(jīng)驗(yàn)公式或簡單的窮舉法來進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，缺乏基于數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化算法的系統(tǒng)化手段，難以在復(fù)雜多變量條件下找到全局最優(yōu)的參數(shù)設(shè)置。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供一種對波浪能裝置模型試驗(yàn)誤差進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化的方法，旨在通過不同的手段結(jié)合，系統(tǒng)地分析影響比尺效應(yīng)的主要變量，并減小比尺效應(yīng)對試驗(yàn)結(jié)果的影響。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種對波浪能裝置模型試驗(yàn)誤差進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化的方法，包括如下步驟；
3、步驟s1、收集長期積累的波浪能裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫；
4、步驟s2、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)；
5、s2.1、變量因素歸類；
6、s2.2、設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)表；
7、s2.3、比尺效應(yīng)評估：比較變量平均比尺效應(yīng)差值，初步判斷變量在比尺效應(yīng)種所占的重要性，然后進(jìn)行方差分析判斷變量對比尺效應(yīng)是否有顯著影響；
8、步驟s3、貝葉斯參數(shù)優(yōu)化：基于貝葉斯高斯過程的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，對變量因素進(jìn)行訓(xùn)練優(yōu)化，從而減小模型試驗(yàn)的比尺效應(yīng)。
9、優(yōu)選的，s1中試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的建立包括：
10、s1.1、數(shù)據(jù)庫分類：
11、s1.1.1、波能裝置結(jié)構(gòu)類型：包括振蕩浮子式、擺動(dòng)浮子式、水平振蕩體式；
12、s1.1.2、pto裝置類型：包括液壓系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)以及直線發(fā)電機(jī)等形式；
13、s1.1.3、模型縮放比例：依據(jù)原型裝置的不同選擇縮放尺度，常見的如1:10、1:20或1:50縮尺比例；
14、s1.1.4、波浪工況：包括波浪工況(規(guī)則波、不規(guī)則波)以及來浪方向（橫浪、斜浪）；
15、s1.2、數(shù)據(jù)提取：
16、s1.2.1、基于分類特征多級篩選法：根據(jù)波能裝置結(jié)構(gòu)類型、pto裝置類型、工況，采用多級篩選的方法逐漸縮小數(shù)據(jù)范圍；
17、s1.2.2、關(guān)鍵詞匹配與過濾：在數(shù)據(jù)庫中，通過關(guān)鍵詞匹配對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步過濾；
18、s1.3、數(shù)據(jù)優(yōu)選：
19、s1.3.1、統(tǒng)計(jì)方法回歸分析：采用回歸分析（如線性回歸、多項(xiàng)式回歸）來建立分類特征（如裝置結(jié)構(gòu)、pto裝置類型、模型縮放比例、波浪工況等）與響應(yīng)（比尺效應(yīng)）之間的關(guān)系，并對每個(gè)分類特征分配權(quán)重，依據(jù)這些權(quán)重對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)選。
20、優(yōu)選的，s2.1中變量因素包括波能裝置結(jié)構(gòu)類型、pto裝置類型、模型縮放比例以及波浪工況。
21、優(yōu)選的，s2.2中針對四個(gè)因素，其中波能裝置結(jié)構(gòu)類型、pto裝置類型有三個(gè)變量水平，波浪工況和模型縮放比尺各有兩個(gè)變量水平，為了確保充分覆蓋不同因素的組合，本專利技術(shù)選用l18正交表進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。
22、優(yōu)選的，s3的具體步驟如下：
23、s3.1、輸入初始樣本點(diǎn)；
24、s3.2、最小化目標(biāo)函數(shù)；
25、s3.3、利用貝葉斯優(yōu)化建立代理模型，該代理模型為高斯過程，用于近似目標(biāo)函數(shù)；
26、s3.4、設(shè)定迭代次數(shù)，在每次迭代中，利用已知數(shù)據(jù)通過高斯過程計(jì)算代理模型，并由采集函數(shù)選取下一個(gè)評估點(diǎn)，迭代過程中不斷更新代理模型，并根據(jù)后驗(yàn)分布調(diào)整參數(shù)，直至找到最優(yōu)解，從而減小模型試驗(yàn)的比尺效應(yīng)。
27、優(yōu)選的，通過機(jī)器學(xué)習(xí)迭代得到的優(yōu)化模型參數(shù)需要進(jìn)行試算，通過和試驗(yàn)真值對比，驗(yàn)證貝葉斯優(yōu)化方法計(jì)算的精度。
28、優(yōu)選的，經(jīng)過貝葉斯優(yōu)化之后的模型參數(shù)，再基于正交試驗(yàn)的消元法，設(shè)計(jì)試驗(yàn)工況，通過消元法消除非相似要素對模型試驗(yàn)的影響，此后按照待測參數(shù)的個(gè)數(shù)，增加獨(dú)立試驗(yàn)工況的組次，最終得到未受比尺效應(yīng)干擾的真值響應(yīng)變化規(guī)律。
29、在上述技術(shù)方案中，本專利技術(shù)提供的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：
30、1.提高試驗(yàn)效率，降低成本：通過建立試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，收集和整理長期積累的波浪能裝置試驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種對波浪能裝置模型試驗(yàn)誤差進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化的方法，其特征在于，包括如下步驟；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對波浪能裝置模型試驗(yàn)誤差進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化的方法，其特征在于，S1中試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的建立包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種對波浪能裝置模型試驗(yàn)誤差進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化的方法，其特征在于，S2.1中變量因素包括波能裝置結(jié)構(gòu)類型、PTO裝置類型、模型縮放比例以及波浪工況。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種對波浪能裝置模型試驗(yàn)誤差進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化的方法，其特征在于，S2.2中針對四個(gè)因素，其中波能裝置結(jié)構(gòu)類型、PTO裝置類型有三個(gè)變量水平，波浪工況和模型縮放比尺各有兩個(gè)變量水平，為了確保充分覆蓋不同因素的組合，選用L18正交表進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對波浪能裝置模型試驗(yàn)誤差進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化的方法，其特征在于，S3的具體步驟如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對波浪能裝置模型試驗(yàn)誤差進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化的方法，其特征在于，通過機(jī)器學(xué)習(xí)迭代得到的優(yōu)化模型參數(shù)需要進(jìn)行試算，通過和試驗(yàn)真值對比，驗(yàn)證貝葉斯優(yōu)化方法計(jì)算的精
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對波浪能裝置模型試驗(yàn)誤差進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化的方法，其特征在于：經(jīng)過貝葉斯優(yōu)化之后的模型參數(shù)，再基于正交試驗(yàn)的消元法，設(shè)計(jì)試驗(yàn)工況，通過消元法消除非相似要素對模型試驗(yàn)的影響，此后按照待測參數(shù)的個(gè)數(shù)，增加獨(dú)立試驗(yàn)工況的組次，最終得到未受比尺效應(yīng)干擾的真值響應(yīng)變化規(guī)律。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種對波浪能裝置模型試驗(yàn)誤差進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化的方法，其特征在于，包括如下步驟；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對波浪能裝置模型試驗(yàn)誤差進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化的方法，其特征在于，s1中試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的建立包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種對波浪能裝置模型試驗(yàn)誤差進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化的方法，其特征在于，s2.1中變量因素包括波能裝置結(jié)構(gòu)類型、pto裝置類型、模型縮放比例以及波浪工況。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種對波浪能裝置模型試驗(yàn)誤差進(jìn)行模型參數(shù)優(yōu)化的方法，其特征在于，s2.2中針對四個(gè)因素，其中波能裝置結(jié)構(gòu)類型、pto裝置類型有三個(gè)變量水平，波浪工況和模型縮放比尺各有兩個(gè)變量水平，為了確保充分覆蓋不同因素的組合，選用l...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：董曉晨，劉臻，黃超，陶霽，倪和強(qiáng)，宋吉祥，朱賀，李鵬飛，許傳禮，
申請(專利權(quán))人：中國海洋大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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