本发明属于航空器领域，更具体的说涉及一种考虑航空器结构的移动式民机除冰装置运行优化方法。
背景技术：
1、随着民航运输业的快速发展和近年来极端异常天气的出现，面对航班起降量和旅客吞吐量增加的压力，亟需解决冬季寒冷天气的航班延误问题并满足飞机除冰清洗要求。为保证飞机在冰雪天气下安全飞行，在起飞前必须进行除冰作业。为此，设计研发国产飞机除冰装置对飞机起飞前的除冰保障工作具有重要意义。
2、已研发的热式除冰车，利用加热装置将除冰液喷洒至飞机表面，部分公司采用液气同步的方法减少除冰液的损耗，而喷射式的方法能够增加除冰液的喷射距离和力度。作为飞机除冰车的重要部件之一，其作业臂性能关系到除冰车性能及除冰作业效果。目前国外高空作业臂的技术已经比较成熟，具备技术水平高、作业高度大且结构丰富等特点。国内自主研发产品较少，结构也较为单一，主要以折叠架式电液控制为主。为寻求飞机除冰车臂架的最优调平机构，利用有限元分析技术高空作业车的作业臂进行结构分析与研究，并对作业臂进行了有限元优化设计。但国内旧式除冰车仍存在除冰液加热时间长、大量能源浪费及除冰液污染地面等问题，且开发水平较弱，大多数机场采用租借或购买进口设备的方式，购买维修保养的成本极高。基于此，需综合考虑除冰技术及环保问题，构建创新性的环保方案。
技术实现思路
1、本发明针对航空器的三维结构，构建飞机翼面的除冰效率热力学模型，采用于自适应网格多目标粒子群算法aga–mopso进行求解，并基于动力学模型模拟除冰装置的机械臂运动，利用传感器的检测技术实时分析结冰情况以移动过程中除冰液喷洒的轨迹。通过三维空间坐标的建立，检测除冰液喷洒落点及流量，实现喷洒角度及喷洒量的实时智能调整，以减少除冰成本并提高除冰效率。
2、为了实现上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：所述的运行优化方法包括：
3、对移动式民机除冰装置运行优化问题进行描述；
4、建立移动式民机除冰装置运行优化模型，包括机除冰效率模型、三维机械臂动力学模型、喷洒轨迹规划及控制模型；
5、建立基于自适应网格多目标粒子群算法aga–mopso求解上述问题模型。
6、进一步地，所述的对移动式民机除冰装置运行优化问题进行描述如下：
7、飞机除冰过程涉及多个除冰参数、除冰效率与除冰液参数包括流量、温度；射流参数包括高度、角度；环境参数包括温度、风速；除冰装备参数不同机型除冰车配置量密切相关；形成复杂耦合控制问题，，借助热力学机理建立数学模型；
8、执行除喷洒任务的除冰车机械臂作为移动式除冰车的重要装置，构建三维多刚体动力学模型并利用adams进行除冰作业中的全过程动力学分析；
9、利用传感器技术检测飞机结冰位置，通过pid控制实时调整喷洒角度及流量，实现除冰液喷洒轨迹规划和控制。
10、进一步地，所述的机除冰效率模型如下：
11、其中:qin为系统总的能量输入，ice为除冰车喷嘴喷出的除冰液包含的能量；qcr为除冰液与周围环境热对流和热辐射损失的能量；qfc为除冰液传递给积冰的能量；qsh积冰融化显热；qlh为积冰融化潜热；
12、由能量守恒定律得系统各部分能量满足式(1)；
13、其中，积冰融化的显热与潜热来源于除冰液与积冰之间通过黏性层流底层传导的热量qfc，满足式(2)：
14、qin＝qcr+qsh+qlh (1)
15、qfc＝qsh+qlh (2)
16、其中能量部分涉及的计算式如下：
17、
18、
19、
20、
21、
22、其中，式(7)是对式(1)-(2)对时间求微分的形式；
23、假设积冰从除冰液吸收的热量除显热消耗外均用于冰的相变，则融冰时间即为潜热释放消耗的时间，由牛顿冷却定律可得:
24、
25、联立式(7-8)得到融冰时间满足式(9)，即:
26、
27、以融冰时间为评价指标，多除冰参数耦合控制的飞机除冰效率模型。
28、进一步地，所述的三维机械臂动力学模型如下：
29、各连杆参数通过坐标转换得到杆质心在定坐标系o-x0y0z0下的坐标值如式(10)～式(14)所示:
30、
31、
32、
33、
34、
35、通过连杆动能和势能的求解，得到系统动力学方程：
36、
37、式中:d(q)为惯性矩阵，为机械臂所受惯性力；为离心力与科氏力矩阵；g(q)为重力矩阵；τ为关节力矩矩阵。
38、进一步地，所述的喷洒轨迹规划及控制模型如下：
39、利用距离传感器获取喷洒装置的初始对准区域图像，采用梯度计算方法提取图像的目标物轮廓，四个梯度算子表达式如下：
40、dx＝f(x,y)×sobelx(x,y)(16)
41、dy＝f(x,y)×sobely(x,y)(17)
42、梯度g’计算公式：
43、
44、方向θ计算公式：
45、
46、式中，f(x,y)为某像素点在水平方向、垂直方向的偏导数，sobel为深度图像在水平方向的梯度，
47、sobel,为深度图像在垂直方向的梯度，sobelx为某像素点在水平方向的梯度，sobely为某像素点在垂直方向的梯度，m(x,y)为某像素点梯度值。
48、进一步地，所述的求解算法具体过程如下：
49、步骤1初始化算法参数及模型参数；读取除冰资源优化模型的目标函数及各约束条件，实现算法权重、迭代次数、外部档案集容量、种群规模初始化；
50、步骤2初始化粒子群位置、速度，初始化模型非支配解并保存到外部档案集，基于pareto支配关系及轮盘赌法确定pbest与gbest；
51、步骤3计算第iter次迭代不同除冰参数组合所对应的目标函数解；
52、步骤4将变异或扰动引入多目标粒子群算法，更新粒子的位置和速度；
53、步骤5根据pareto支配关系更新粒子pbest，并保存到外部档案集.
54、步骤6基于优化目标支配关系及位置策略，实现除冰液喷洒轨迹优化配置模型解的评价与存储。
55、进一步地，所述的三维机械臂由空间助力机械臂各个关节均为转动连接，整个机构有底座、转动平台、平行臂、腕关节组成。
56、进一步地，所述的移动式民机除冰装置运行优化模型有如下假设：(1)假设不同机型在相同天气状况下的积冰程度一致；
57、(2)假设所有除冰车的机械臂结构相同，重量及材料特性一致；
58、(3)假设除冰过程中除冰液的热力学性质稳定，相变温度恒定；
59、(4)假设移动式除冰装置的作业台安定高度符合除冰作业的安全规范标准；
60、(5)忽略除冰液初始喷洒时出液速度不均匀的情况。
61、本发明有益效果：
62、本发明针对航空器的三维结构，构建飞机翼面的除冰效率热力学模型，采用于自适应网格多目标粒子群算法aga-mopso进行求解，并基于动力学模型模拟除冰装置的机械臂运动，利用传感器的检测技术实时分析结冰情况以移动过程中除冰液喷洒的轨迹。通过三维空间坐标的建立，检测除冰液喷洒落点及流量，实现喷洒角度及喷洒量的实时智能调整，以减少除冰成本并提高除冰效率。
1.一种考虑航空器结构的移动式民机除冰装置运行优化方法，其特征在于：所述的运行优化方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种考虑航空器结构的移动式民机除冰装置运行优化方法，其特征在于：所述的对移动式民机除冰装置运行优化问题进行描述如下：
3.根据权利要求1所述的一种考虑航空器结构的移动式民机除冰装置运行优化方法，其特征在于：所述的机除冰效率模型如下：
4.根据权利要求1所述的一种考虑航空器结构的移动式民机除冰装置运行优化方法，其特征在于：所述的三维机械臂动力学模型如下：
5.根据权利要求1所述的一种考虑航空器结构的移动式民机除冰装置运行优化方法，其特征在于：所述的喷洒轨迹规划及控制模型如下：
6.根据权利要求1所述的一种考虑航空器结构的移动式民机除冰装置运行优化方法，其特征在于：所述的求解算法具体过程如下：
7.根据权利要求4所述的一种考虑航空器结构的移动式民机除冰装置运行优化方法，其特征在于：所述的三维机械臂由空间助力机械臂各个关节均为转动连接，整个机构有底座、转动平台、平行臂、腕关节组成。
8.根据权利要求1所述的一种考虑航空器结构的移动式民机除冰装置运行优化方法，其特征在于：所述的移动式民机除冰装置运行优化模型有如下假设：
