层次分析法在船舶航向自动控制能力评估中的应用_李光磊.pdf
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1、舰 船 电 子 工 程2023 年第 3 期1引言船舶的航向控制是船舶自动化的核心,其直接关系到船舶航行的操纵性、经济性,和航行的安全性和舰艇的战斗力1。建立全面的指标体系和评价方法,可有效评价所设计的船舶航向控制算法,对于船舶航向控制算法具有重要的指导意义。关于指标体系建立和评估的方法,常用的方法有专家会议法、专家调研法、层次分析法和最小均方法等,其中层次分析法将复杂的问题分解成若干组成因素,并将这些因素进行两两比较,确定同一层次中诸因素的相对重要性,然后综合专家的判断决定各因素的相对重要性及其顺序23,其在船舶舰艇领域目前应用较为广泛。如周勇等采用层次分析法对潜艇作战能力进行了评估4;万程
2、亮等运用层次分析法对潜艇作战效能也进行了类似的研究5;符肖燕采用层次分析法对潜艇航行的安全性以及隐蔽性进行了有效评估6;单恒等采用改进层次分析法建立了合成部队重点打击目标的优先模型,有效地解决了人为主观因素带来的评判误差7;董浩等采用层次分析法对导弹部队作战单元独立作战指挥能力进行了有效评估8;易成涛等利用层次分析法评估了水面舰艇搜索潜艇的难度9。本文采用了层次分析法和效用函数相结合的收稿日期:2022年9月15日,修回日期:2022年10月10日作者简介:李光磊,男,硕士研究生,工程师,研究方向:舰船导航及操纵控制。层次分析法在船舶航向自动控制能力评估中的应用李光磊1张子昌2沈东2黄宇明2廖
3、益欣2(1.海军装备部驻九江地区军事代表室九江332007)(2.天津航海仪器研究所九江分部九江332007)摘要为有效评估船舶航向自动控制能力,建立了船舶航向自动控制能力的指标体系,采用了层次分析法和效用函数法相结合的评估方法,结合船舶比例微分控制实例进行了实例计算。算例结果表明,所建立的指标体系和评估方法对船舶航向自动控制能力评估具有较好的指导作用,可为船舶航向控制算法的设计提供量化依据。关键词船舶;航向控制;层次分析法;效用函数法中图分类号U6DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2023.03.014Application of AHP in Evaluation
4、of Ships Heading AutomaticControl CapabilityLI Guanglei1ZHANG Zichang2SHEN Dong2HUANG Yuming2LIAO Yixin2(1.Military Research Office in Jiujiang of Naval Equipment Department,Jiujiang332007)(2.Jiujiang Division of Tianjin Navigation Instruments Research Institute,Jiujiang332007)AbstractIn order to ef
5、fectively evaluate the ships heading automatic control ability,an index system of the ships headingautomatic control ability is established.The evaluation method combining the analytic hierarchy process and the utility functionmethod is adopted,and the example calculation is carried out with the exa
6、mple of the ships proportional differential control.The calculation example results show that the established index system and evaluation method have a good guiding effect on the evaluationof the ships heading automatic control ability,and can provide a quantitative basis for the design of the ships
7、 heading control algorithm.Key Wordsship,course control,AHP,utility function methodClass NumberU6总第 345 期2023 年第 3 期舰 船 电 子 工 程Ship Electronic EngineeringVol.43 No.361总第345期方法对船舶航向自动控制能力进行了评估尝试。正确评估船舶的自动航向控制能力,可以为船舶航向自动控制算法设计提供定量的性能指标依据,进一步提高船舶自动驾驶的能力。2船舶航向自动控制能力评估指标体系构建在对船舶航向自动控制能力进行量化评估时,将船舶航向自动控制
8、能力分解为直航时的航向保持能力B1和变向时的航向机动能力B2两个主要部分,航向保持时,考核航向自动控制能力的主要指标是航向控制精度C1、最大航向偏差C2和操舵频率C3;航向机动时,考核航向自动控制能力的主要指标是航向超调量C4、航向震荡次数C5、航向调节时间C6和操舵次数C7,因此建立的船舶航向自动控制能力指标体系如图1所示。图1船舶航向自动控制能力指标体系3指标体系权重确定及标准化处理3.1指标权重的确定对于航向保持能力10和航向机动能力11的权重判定,采用专家调研法对其指标权重进行判定,一般认为航向机动能力较航向保持能力稍重要一些,因此B1、B2的指标权重分别为0.4和0.6。接下来分别采
9、用层次分析法对航向保持能力和航向机动能力下的指标进行指标权重确定。对航向保持能力进行评定时,首先确定航向保持能力下层指标的判断矩阵:A=()ijnn=|11121n21222nn1n2nn(1)其中,ij(i=1,2,n;j=1,2,n)表示因素Ci与Cj相对Bk的重要性标度值。在判断矩阵中,因素之间相对重要性的比较是定性的,为了使决策判断定量化,形成数值判断矩阵,引入合适的标度值对各种相对重要性的关系进行度量,如常用的19标度方法可将定性评价转化为定量的评价2。表1判断矩阵标度及其含义标度135792,4,6,8倒数含义表示两个因素相比,具有同样重要性表示两个因素相比,一个因素比另一个因素稍
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