多目标优化算法及其在航电健康管理系统中应用

摘要

由于新一代飞机对先进航空电子系统的需求越来越高，航空电子技术在近年得到了迅速发展。在航空电子系统功能日益完善的同时，其可靠性也得到越来越多研发人员的重视。航电健康管理系统作为航空电子系统可靠性的保障，逐渐成为研究热点，尤其是作为航电健康管理系统基础的测试选择问题。经典的测试选择方法是单目标方法，而实际上测试选择问题是典型的多目标问题。本文将多目标优化方法应用到航电健康管理设计的测试选择问题中，完成了以下研究工作：
　　（1）完成了多目标优化方法研究。多目标优化是当前优化和决策领域的热点方向，它适用于存在多个需要同时考虑的优化目标并且这些优化目标往往互相冲突的情况。解决这类问题需要特殊的建模方式、优化理论和求解算法。因此，本文在具体研究了多目标优化问题的数学模型和Pareto最优理论的基础上，详细分析了MOGA、NSGA2、SPEA2、PAES这四种在多目标优化领域具有代表性，评价较高的算法，同时研究了多目标优化算法的性能评价方法。
　　（2）详细研究了测试选择问题，分析了其中多个优化目标的物理意义和计算方式。介绍了基于故障字典技术的测试选择方法，研究了从初始故障字典构建，模糊组划分到整数编码转换的整个建模流程，还研究了贪婪选择法和智能优化法两类测试选择方法并分析了其优缺点。同时提出了一种基于测试选择优化的故障诊断技术。
　　（3）提出了基于混沌多目标粒子群优化算法的测试选择方法。在离散粒子群算法的基础上进行了多目标优化的改进，特别加入混沌变异机制提高算法的全局搜索能力。实验证明混沌机制能避免算法出现早熟收敛现象，随后通过与其它算法的对比实验，验证了本文所提出的算法的有效性和卓越性。
　　（4）完成了测试选择及故障诊断软件的设计与验证。结合本文提出的针对测试选择问题的多目标优化算法以及故障诊断技术，设计了一款由测试选择模块、实时监测模块和故障诊断模块组成的软件，并且通过该软件，验证了测试选择以及多目标优化方法应用的有效性。
　　本文是多目标优化方法在航电健康管理系统中应用的尝试，为后续工作提供基础和新的研究方向。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 多目标优化问题的研究与应用情况

1.3 测试选择问题的发展现状

1.4 论文主要研究内容及其组织结构

第二章 多目标优化方法研究

2.1 多目标优化问题及Pareto最优理论

2.2 常见多目标优化算法介绍

2.3 优化结果的评价准则

2.4 本章小结

第三章 测试选择问题及其多目标优化分析

3.1 测试选择问题概述

3.2 基于故障字典技术的测试选择方法

3.3 基于测试选择优化的故障诊断技术

3.4 本章小结

第四章 基于混沌多目标粒子群算法的测试选择方法

4.1 粒子群优化算法及其改进

4.2 混沌多目标粒子群优化算法

4.3 算法仿真实验及结果分析

4.4 本章小结

第五章 测试选择及故障诊断软件的设计与验证

5.1 任务需求分析

5.2 软件总体设计

5.3 测试选择模块设计

5.4 实时监测模块设计

5.5 故障诊断模块设计

5.6 数据库设计

5.7 对比验证实验

5.8 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果