一种实用的船舶艏向寻优方法研究

动力定位船舶在船位保持的过程中,其艏向是否保持在最佳艏向下对于节约能耗十分重要.由于各种环境外力随时间而不断变化,最佳艏向也在不断变化,因此,寻找最佳艏向对于动力定位船舶来说是一项很关键的技术,通过船舶短期的动作准确快速地寻找到最佳艏向,从而减少动力定位船舶在长期作业时间里的能耗是值得的.     

基于OIPSO算法的环境最优动力定位控制器设计

环境最优动力定位控制是一种以能量消耗最少为目标的动力定位控制方法,在不需要任何环境传感器的情况下,使其保持在设定区域且消耗能量最少,节约燃料、减少有害气体的排放。首先,提出一种带有目标性初始化粒子群的改进粒子群优化算法(OIPSO),通过引入混沌算子,利用信息熵进行评估对初始化粒子种群进行调整以提高粒子群算法全局搜索能力和收敛速度,具有大范围全局寻优能力。其次,研究设计环境最优艏向控制器控制律,该控制律能满足欠驱动船舶动力定位的控制需求。最后以Cyber Ship Ⅱ动力定位模型船为对象进行仿真验证。结果表明,所提出的寻优算法和改进控制律达到了设计的目的。     

不同浪向下船舶动力定位的动力学分析

参考某动力定位船舶的具体参数和该船的海浪响应幅值算子(RAO),结合该船工作时的具体过程,利用大型水动力分析软件Orca Flex建立了船舶动力定位时的动力学分析简化模型。通过调节不同海况下的浪向,实现了对动力定位船舶在不同浪向下的动力学分析,对海浪作用下船舶的纵荡、横荡和转艏运动进行了数值仿真,得到了不同浪向对船舶动力定位精度的影响,确定了船舶动力定位时的最佳浪向,结合计算结果,给出了船舶动力定位的优化设计方案。     

耙吸挖泥船动力定位的Kalman滤波器设计

根据运动特性建立耙吸挖泥船的数学模型,将Kalman滤波技术应用于耙吸挖泥船动力定位系统,并进行Matlab仿真。仿真结果表明,Kalman滤波器具有很好的滤波效果,在环境力的影响下,能够得到理想的船位和艏向,是动力定位的有效方法。     

半潜平台推力器失效模式下的动力定位能力分析

动力定位能力分析对于推力器选型和推力器的配置选型,以及对于一条新设计的动力定位船舶的定位能力的初步检验具有重要意义。动力定位能力分析能够得到船舶在各个艏向角抵抗环境力的能力。文章通过自主开发的程序研究了半潜平台在推力器失效模式下的定位能力,对该程序中的推力分配方法进行了详细的阐述,并对某半潜平台的动力定位能力分析验证了该程序的可行性。研究推力器失效时船舶的动力定位能力,不但可以验证船舶定位时的安全性,而且还可以为推力系统的设计提供适当的建议。     

基于人工蜂群算法的船舶动力定位自抗扰控制器设计

针对船舶动力定位自抗扰控制器(ADRC)参数较多且人工不易调整的问题,通过建立以船舶纵荡、横荡和艏向角三个方向ADRC响应的时间误差积分和最小的目标函数,采用人工蜂群算法(ABC)中采蜜蜂和跟随蜂的选择机制与邻域搜索,优化整定出船舶动力定位ADRC控制器参数。ABC优化的方法避免了工程技术人员繁琐的试凑工作。此外,仿真结果表明,相比试凑法得出的参数而言,经过ABC优化整定的参数具有更快的响应速度,对船模参数变化具有更强的鲁棒性和适应性。     

动力定位海洋平台多发电机组的调度方法

针对动力定位海洋平台能量管理中发电机组能耗较高、排放较大的问题,为实现动力定位海洋平台节能减排,通过建立动力定位海洋平台多发电机组能耗模型和动力定位海洋平台多发电机组调度优化函数,采用粒子群算法进行寻优,根据寻优结果对动力定位海洋平台发电机组进行调度。仿真结果表明:相比传统的按照功率比例分配等能量管理方法,基于粒子群算法的调度方法能够降低动力定位海洋平台在各个工况下的能耗,实现动力定位海洋平台节能减排目标。     

动力定位海洋平台多发电机组的调度方法

针对动力定位海洋平台能量管理中发电机组能耗较高、排放较大的问题,为实现动力定位海洋平台节能减排,通过建立动力定位海洋平台多发电机组能耗模型和动力定位海洋平台多发电机组调度优化函数,采用粒子群算法进行寻优,根据寻优结果对动力定位海洋平台发电机组进行调度。仿真结果表明,相比传统能量管理方法,基于粒子群算法的调度方法能够降低动力定位海洋平台在各个工况下的能耗,实现动力定位海洋平台节能减排目标。     

船艏冰刀对船冰碰撞时结构动力响应影响分析

为探讨极地冰区船舶通过加装船艏冰刀的方式能否改善船冰碰撞结构动力响应的问题,采用非线性有限元方法,从能量转换、应力、应变云图、碰撞力和船速随时间变化关系等多个角度,比较有、无艏部冰刀两种情况下,船舶艏部与排冰发生碰撞时的动力响应规律。结果表明,加装艏部冰刀可减小船体自身的损伤和变形,改善船舶破冰性能。     

基于结构可靠性的锚泊辅助动力定位滑模控制

针对长年累月定位在深海恶劣海况下的浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading vessels，FPSOs)的作业安全问题，本文提出了一种基于缆线结构性的锚泊辅助动力定位滑模控制方法。通过引入结构可靠性因子，表征锚泊系统缆线的安全，在此基础上设计一种新型滑模控制器，通过控制结构可靠性因子和艏向以达到FPSO锚泊辅助定位目的，并证明了系统的稳定性。通过一系列的仿真实验，证明了所提出的基于结构可靠性滑模控制器的有效性、安全性和节能性。     

Heading control for turret-moored vessel in level ice based on Kalman filter with thrust allocation

This paper mainly focuses on the heading control of a position-moored vessel operating under level ice regime. A dynamic ice simulator interconnecting the vessel motions with the ice dynamics is used for the design of the heading control system. The strategy is to ensure that the vessel is kept at an appropriate position within the safe limits. Using a heading controller based on a Kalman filter, the desired control force is computed to counteract the environmental disturbances. A thrust allocation method is developed to go with the heading controller. To keep the ice forces to a reasonable level, the moored vessel should be aligned with the ice drift direction and small angles up to 15° in changes on heading against the ice flow could be possible. Therefore, heading control of a moored vessel exposed to level ice with drift angle 0° and 15° is simulated since the dynamic positioning system needs to resist ice yaw moments and lateral ice forces on the hull. The simulation indicates that the proposed control strategy performs satisfactorily for a moored vessel in level ice.     

环境最优区域动力定位控制方法的研究

环境最优区域控制是以能耗最小化为目标的船舶动力定位控制方法。环境最优区域控制是根据平均环境作用力自动控制船舶艏向至最优艏向角,通过对船舶状态的预测控制,在不使用任何环境传感器的情况下,用最少的能量,使其保持在限定的区域内运动,达到节约燃料、减少有害气体排放的目的。首先,建立了船舶数学模型,并采用环境最优艏向控制思想,使船舶以固定的半径和很小的回转速度做定常回转运动直至平衡位置,找到最优艏向角。在回转运动过程中,利用所设计的带有积分环节的非线性反步控制法对船舶运动进行控制。然后,通过预测船舶的状态,以能耗和精度为最优目标函数,采用滚动优化策略研究了区域预测控制,使船舶运动保持在限定的区域内。最后,对所研究的控制方法进行了仿真验证。结果表明,该方法达到了环境最优区域控制的目的。     

潜器母船动力定位自动控制系统

该文介绍了我国第一搜遥控潜器（ROV）母船动力定位自动控制系统组成、工作方式、性能及动力定位试验结果。该系统根据ROV的作业要求实现工作母船定向航行、动力定位及自动跟踪ROV，可直观、形象地显示工作母船和ROV运动信息、人机界面友好。     

船舶动力定位系统总体设计研究

船舶动力定位系统,主要实现船舶在要求的作业活动中保持设定的经纬度或者相对于海床的固定位置,或者期望的运动方向,即在风、流、浪产生的力作用在船舶的情况下,动力定位系统能够通过各推进器控制船舶,并使船舶按照操作者的指令移动、保持位置或航向,同时,符合相应规范要求。本文主要介绍船舶动力定位系统的总体设计,包括硬件框架设计和软件框架设计。最后,给出了基于这种总体设计的动力定位系统实船试验结果。     

工程船动力定位系统滤波器设计与研究

为了解决卡尔曼滤波器在给定艏向线性化和过程噪声矩阵难以精确计算的问题,在建立船舶动力定位系统数学模型的基础上,设计了基于Sage-Husa自适应滤波算法的动力定位系统滤波器,并针对具体船型进行了滤波器设计,通过实船试验表明此方法能够很好的滤除高频运动信息的干扰,准确地估计出船舶低频运动信息,在工程上是可行的。     

潜航器轨迹跟踪与航向预测算法

海况条件较差时,基于水下单点GPS定位系统的潜航器实时定位有较大测量误差,不利于潜航器的轨迹跟踪与航向预测。针对误差服从高斯分布的水下单点GPS定位系统,提出基于改进型扩展卡尔曼滤波算法的GPS跟踪方法和基于回归分析算法的航向预测方法。通过测试与仿真,对定位设备采集到的数据进行对比分析,试验结果表明,上述算法显著提高了轨迹测量精度与航向跟踪能力,准确绘制出了潜航器的实时航行轨迹与航向预测线,可应用于潜航器的轨迹跟踪项目中。     

浅海海底管线检测与维修中的对线控位方法研究

浅海海底管线电缆的检测和维修需要维修装置在非线性的海洋条件下，在管线上方进行对线控位。以便装置能够坐沉海底，通过将维修舱打入海底泥沙并骑在管线上对管线进行维修。这要求对线控位时维修装置的纵向中心线偏离待维修管线中心的距离不大于0．3米。本文采用模糊滑模变结构进行装置的对线控位控制，有效地克服了常规变结构控制器中颤振的影响，提高了对线控位的控制精度。文章最后给出了该控制器的实际仿真控制结果。