推力分配优化算法在船舶动态控制中的应用研究

动力定位系统是通过自身的动力推进器来平衡外力作用,使船舶的航行方向及速率按照预设有序进行。其中推力分配优化是动力定位的重要组成部分,在此根据实际的船舶运行环境确定各种外力变换,进一步给出动力定位系统中推力分配优化问题的目标函数及约束条件,从而可以利用各类多目标算法进行求解。本文首先研究海上航行船舶受到的外力及运动模型,在此基础上设计基于遗传算法的船舶动态控制中的推力分配优化算法,最后进行仿真。     

基于改进混合蛙跳算法的船舶推力分配

为了提高船舶动力定位系统的定位精度,保障海上正常作业,本文提出了一种基于改进混合蛙跳算法的船舶推力分配方法.建立了以船舶的推进系统功率最小为目标函数,其中目标包括船舶推进器的功率消耗,推进器的磨损,推力的误差.约束条件包括推进器的推力和方向角正常工作大小以及其变化率的大小.针对传统的混合蛙跳算法的初始化和更新规则进行改进.将改进前后的混合蛙跳算法对船舶推力分配问题进行优化求解,仿真的结果表明改进后混合蛙跳算法能有效的降低船舶的功率消耗,并且提高了船舶动力定位系统的相关精度.     

基于遗传混沌粒子群混合算法的船舶动力定位推力分配研究

针对船舶动力定位系统中一类非线性有约束的推力分配问题,提出了一种以粒子群算法为基础,并引入混沌理论和遗传算法中交叉及变异策略的混合算法。建立以推进系统能耗最小为目标,包括推进器功率消耗、磨损、推力误差等;以推进器推力、方位角的工作范围和变化速率等为约束条件的多变量非线性有约束优化问题。通过仿真表明,该算法能够解决该优化问题,而且能够兼顾船舶推进系统的能耗和操纵性能,有效地提高了船舶动力定位系统的相关性能。     

船舶动力定位能力分析程序开发研究

本文根据船舶动力定位系统的工作原理,基于MATLAB语言将环境载荷计算、推力计算、推力分配、图形绘制等功能进行集成,完成动力定位能力频域分析模块开发;然后结合Kalman滤波算法采用LQR方法进行反馈控制,完成时域分析模块开发。以某型海洋调查船为算例,首先,利用该程序绘制了动力定位能力曲线,并且与Kongsberg Maritime分析报告对比,结果吻合良好,为推进器的选型与布置提供依据;然后,进行时域模拟给出海洋调查船的位置、姿态的时历曲线和各个推进器的推力响应情况,为实际工程提供指导。     

推力分配干扰区域处理策略研究

动力定位系统船舶的多推进器配置通常存在推进器间水动力干扰的问题,本文从推力优化分配中的权值矩阵考虑,提出一种权值矩阵修正的策略,在不设置推力禁区的条件下,依然可以使推进器避免落在推进器干扰区域内。     

动力定位的推力分配优化策略

动力定位系统主要由测量系统、控制系统和推进器组成,为了提高船舶和海上移动作业平台的动力定位精度,保障深海作业的正常进行,本文针对舰船的动力定位系统推力分配策略进行研究,通过建立动力定位系统的函数模型,结合模糊算法构建了动力定位系统的推力分配策略,取得了良好的控制效果。     

船舶动力定位系统非线性估计滤波器的设计

随着航运业发展,海上航行船舶的密度及体积越来越大,如何控制船舶航线的误差精度是保障航行安全的关键。船舶动力定位系统分析船舶受到的海风、海浪等综合外力,利用推进器产生的作用力平衡各种外力,使船舶按照既定航向及速度航行;同时,采集的综合外力信号混有测量噪声、低频运动等各种非线性因素。本文建立了船舶动力定位系统受力模型,针对船舶航行中的各种外力干扰因素设计了非线性估计滤波器,对干扰动力进行滤除,最后进行仿真。     

一种动力定位船舶推力分配策略研究

推力分配是船舶动力定位系统的重要组成部分,主要作用是计算各个推进器应发出的力,使船舶上的合力和合力矩满足控制要求。本文针对特殊海况或者工况下推力分配存在的问题设计了一种自适应组合偏置推力分配策略。该策略可以根据外力方向选择合适的分组方式,并根据环境力的大小自适应调整偏置量的大小,并综合考虑了推进系统的燃油消耗和机动性。仿真结果验证了该策略的有效性。     

非线性Backstepping算法在船舶动力定位系统控制的应用

船舶的动力定位是指船舶在某些特定工况下,利用推进器和螺旋桨等产生推力和力矩,抵消海风、海浪等因素的干扰作用力和力矩,从而使船舶在海面某一区域保持相对静止。由于海上气象条件和海水深度的影响,传统的锚式系泊定位已经难以满足需求,而船舶动力定位系统的灵活性高、定位精度高、抗干扰能力强,因此应用越来越广泛。本文建立了船舶动力定位系统和干扰因素的数学模型,结合Backstepping非线性控制理论,设计了一种新型船舶动力定位系统的控制策略,并对该动力定位系统的位移控制响应进行了基于Matlab的仿真分析。     

快速转向推进器在动力定位系统中的应用

动力定位系统船舶的多推进器配置通常存在推进器间水动力干扰的问题,本文从采用一种快速回转推进器的方法考虑,提出一种基于大角度变化率的推理优化分配策略,在设置推力禁区的条件下,可以使推进器避免落在推进器干扰区域边界上。     

基于模糊控制理论的船舶动力定位试验平台设计

动力定位是指船舶利用推进器和螺旋桨等产生作用力,在控制系统的指令下抵消海上干扰因素的作用力和力矩,使船舶或作业平台悬停在海域内某特定位置,在远洋勘测、海上补给等方面有重要的应用。模糊控制是一种有效的自适应控制技术,本文建立了船舶的运动学模型,并基于自适应模糊控制理论设计和开发了一种船舶动力定位试验平台,对试验平台的动力定位原理和结构进行详细介绍。本研究对改善船舶的动力定位系统,提高船舶的稳定性有重要价值。     

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。     

非线性Backstepping算法在舰船动力定位系统控制的应用

船舶动力定位系统是一种闭环控制系统,通过检测船舶的位置、状态信号,控制船舶推进器产生相应的动力,抵消干扰作用力,使船舶能够相对稳定的定位。本文的研究内容是船舶定位系统的控制算法,通过建立船舶动力定位系统的函数模型,结合Backstepping算法,设计一种新型的船舶动力定位控制系统,通过仿真实验证明了该船舶动力定位控制系统的有效性。     

动力定位系统推力分配算法研究

以最优化推进系统能耗为目标,同时考虑推进器之间的相互干扰,基于序列二次规划方法,对动力定位系统推力分配进行研究.针对船舶初始设计阶段的特征,建立简化的推力分配数学模型,求解这一多变量有约束的非线性问题,为设计初期推进器的选型和布置提供设计依据.通过实例计算及结果分析,验证算法的可靠性与可行性.     

神经网络在船舶动力定位模拟器控制系统中的应用

随着近海资源日渐枯竭,远洋自然资源的开发和利用技术成为了研究热点。远洋水域深度较大,船舶在采用传统的锚泊式定位时会发生走锚等问题,因此,必须采用动力定位技术。船舶动力定位系统由位置测量、控制器和推进器3部分组成,可以实现精准可靠的海上定位,对船舶和海上作业平台有重要意义。动力定位模拟器是船员进行动力系统操作培训的重要设备,本文结合神经网络算法和相应的数学模型,设计和开发了船舶动力定位模拟器的控制系统。     

基于反馈粒子滤波的船舶模型参数辨识

[目的]近年来,随着船舶朝着大型化、高速化、智能化的方向发展,船舶动力定位技术显得尤为重要。为了在动力定位系统中建立运动数学模型,需要确定模型中各参数的值。[方法]首先,以一艘挖泥船为研究对象,建立船舶运动数学模型,并分离出纵荡运动模型以及横荡与艏摇运动模型;然后,基于系统辨识理论和反馈粒子滤波算法辨识模型中的未知参数,包括2个主推进器和1个侧推进器的推力系数;最后,进行仿真实验,求得待辨识的参数值。[结果]通过与扩展卡尔曼算法的比较,显示反馈粒子滤波算法对参数辨识的效果更好,验证了反馈粒子滤波算法的可靠性。[结论]该方法在船舶动力定位系统中具有良好的应用前景。     

六立柱深水半潜式起重铺管船推进器配置方案

针对深水半潜式起重铺管船的功能需求,通过风洞模型试验和数值计算的方法得到船舶环境载荷,确定船舶的推力需求,进而确定不同的推进器配置方案.经过综合对比,选定12台4 500 kW全回转推进器配置方案.通过对推进器的水动力干扰情况进行分析,确定推进器的布置位置,并对其失效模式进行优化,使推进器配置能满足目标船的动力定位能力和机舱布置要求.按规范的要求对船舶进行环境规则参数(ERN)分析,评估其动力定位能力.通过研究明确了推进器配置应考虑的因素、优化方法和配置方案评估方法,可供实际工程中船舶推进器的选型和配置参考.     

自抗扰控制算法船舶动力定位仿真分析

在远洋和深海海域,船舶如果采用传统的锚泊方式定位一方面存在灵活性差的问题,另一方面锚链长度造成的角度偏移会导致船体的定位精度差。因此,船舶的动力定位系统成为一项船舶重要的功能系统。在船舶的动力定位过程中,风浪等扰动作用会干扰动力定位的精度。针对这一问题,本文提出一种自抗扰控制算法。该算法利用跟踪微分器、状态观测器、误差反馈模块等关键环节,实现船舶动力定位推进器的精确控制,提高船舶动力定位的精度。此外,结合Simulink仿真平台,进行动力定位系统自抗扰控制技术的仿真分析。     

航行作业船舶考虑舵力的动力定位能力评估方法研究

在船舶动力定位系统中,主推和舵组合（桨舵组合）产生的有效推力矢量区域是非凸的,在进行优化推力分配时需要进行凸化处理。文章提出了一种新的处理办法,将主推和舵的组合等效看成相同位置上的两个不能同时工作的独立推进器,这两个推进器的推力矢量区域都是凸区域,且分别对应主推推力方向不同时的推力矢量区域。在数学上只需通过增加等式约束来实现非凸区域的凸化处理,处理过程更为简单。文中结合具体实例进行了计算。结果对比表明,该方法是可靠有效的。该方法还适用于有多个禁区的推进器处理。     

船舶动力定位系统数学模型参数辨识方法研究

船舶动力定位是深海开发的关键技术之一,随着海上油气生产向深海的发展,对应用于船舶动力定位系统的船舶数学建模也提出更高的要求。首先介绍船舶动力定位系统的意义及其应用的数学模型,然后针对船舶及推进器动力学数学模型的辨识与建立过程进行详细介绍,最后讨论船舶外界环境扰动建模的策略。