基于能量最优的组合偏置推力分配算法研究

推力分配是动力定位控制系统的关键技术之一,其任务是将控制器输出的合力分配给各推进器。本文针对推力分配中存在的问题,提出组合偏置思想并设计了自适应组合偏置策略,建立了组合偏置推力分配算法。该算法基于能量最优方法,能够自适应地调整偏置量,兼顾船舶的能量消耗和操纵性。仿真结果表明该算法能有效地提高船舶的动态性能。     

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。     

推进器功率推力关系对动力定位能力的影响

动力定位推力分配一般以能量损耗最小为目标进行优化求解。本文旨在讨论推进器功率推力关系对动力定位能力的影响。针对三个不同的推进器功率推力关系,建立性能指标数学模型。基于不同指标函数形式,采用遗传算法、模拟退火算法以及二次规划方法进行优化求解。算例分析结果表明,不同的推进器功率推力关系形式对动力定位能力的影响甚微。同时,遗传算法、模拟退火算法收敛速度慢,计算效率远低于二次规划算法。因此,在处理推力分配优化实际问题时可认为推进器功率正比于推力的平方,推荐采用二次规划算法求解。此外,计算结果还表明动力定位系统在功率受限制时会降低系统的定位能力。     

海洋工程船推力分配策略

阐述一种处理全回转推进器之间水动力干扰问题的方法。推力分配策略以能量消耗低、首向最优、推力误差小、最小化推进器最大推等为目标建立优化函数,综合考虑到推进器物理条件限制而设置动态推力区域,考虑到全回转推进之间水动力干扰而采用在推力禁区内限制推进器最大推力的方法。最后使用序列二次规划解决以上问题。仿真结果表明,限制推进器禁区内最大推力的方法降低了能量消耗,减少了推进器机械磨损,对于推力分配策略选取是一种合理有效的选择。     

动力定位系统舵桨组合推力分配研究

针对船舶动力定位系统推力分配中舵桨组合的推力建模及优化分配问题,将舵桨组合的非凸推力区域转化成4个凸区域,采用切换控制理论把非线性最优化问题转换为线性最优化问题。将舵、桨组合起来进行推力建模,以最小推力、舵角变化和推力误差为优化目标,对推进器的推力变化率、舵角变化率、推力误差范围和推力大小作了约束,采用多边形的方法把推力范围约束转化为线性不等式约束,基于总功率与总推力误差在不同推力区域设计了切换逻辑,实现了在不同的推力分配器中的切换。实船试验结果表明舵桨组合推力模型及推力分配策略是切实可行的,满足了推力分配的要求,在配备舵的动力定位船上具有良好的应用前景。     

基于舵桨组合模型的动力定位推力分配优化策略

以多用途拖轮船为对象,针对舵桨组合模型在动力定位推力分配中的影响,研究一种舵桨组合推力可行域的凸化处理方法,将舵桨组合等效为在相同位置上两个互相独立且可行域为凸集的推进装置,从而实现其非凸推力可行域的凸化处理;并根据舵桨组合装置的特征,结合增广拉格朗日算法建立目标函数和约束条件,实现动力定位推力分配优化.对不操舵和操舵两种情况下的推力分配优化进行了实例分析,仿真结果表明:舵桨组合推力可行域的凸化处理是可行的,而且能有效地节约能耗,提高多用途拖轮船的机动性和动力定位能力.     

基于二次规划法的动力定位能力分析研究

动力定位能力分析是动力定位系统前期能力评估的重要环节。动力定位能力分析基于没有角度限制和推力变化率限制的推力分配,通过二分法完成动力定位能力风速包络曲线的绘制,可将其等同为一个具有限制条件的优化问题。本文采用二次规划法完成推力优化分配,结合二分法进行动力定位能力分析。仿真结果表明二次规划法求解推力分配问题及极限风速曲线的有效性。     

基于喷水推进器的单手柄操纵系统推力分配策略

目前国内基于喷水推进器的单手柄操纵系统应用较少，通过人工控制2套推进装置的6个参数来实现船体的平移运动操纵复杂、难度大，由此，对基于喷水推进器的单手柄操纵系统推力分配策略进行研究。推力分配是单手柄操纵系统的关键技术之一，其任务是将手柄输出的合力指令分配给各推进器。根据喷水推进器的特性，提出级联广义逆结合组合偏置的控制策略。该推力分配策略基于能量最优、艏向优先的方法，能自适应地调整偏置量，并兼顾喷水推进器的操纵性。仿真结果表明，该策略能适应喷水推进器优异的操纵性。     

结合功率管理推力分配策略研究

由于动力定位对船舶的推进能力要求比较高,所以采用动态性能更好的电力推进方式已经成为了动力定位船舶的优先选择。对于电力推进船舶来说,推进器是其最大的负载,以起重船为研究对象,除了推进器以外,船上还有起重机和绞锚车等大功率负载。当船上其他大功率负载突然启动或者工作在风浪较大的环境时,会造成整个船舶电网功率波动较大,影响整个船舶电网的稳定性。文章提出自适应组合推力偏置结合功率管理分配方法,当船舶电网功率波动较大时,释放偏置的推力,降低整个船舶电网的功率波动,有助于增强电网的稳定性。     

半潜式平台动力定位推力系统分配策略研究

为使动力定位推力分配系统在任何时刻均能产生定位所需的力和力矩,保证船舶处于预定位置或航向,在考虑推进器回转速度、额定功率、工作区限制和避免分配矩阵奇异值等约束条件下,采用基于序列的二次规划法在每个控制指令间隔内求解凸二次规划问题,实现了推力在不同推进器之间的最优分配,使系统的总功率消耗达到最小并有效的减少了推进器的损耗,计算实例结果验证了该方法的有效性。     

基于粒子群算法的动力定位推力分配决策变量优选

针对群智能算法解决动力定位推力分配问题易遭遇局部最优、计算时间长等瓶颈,基于粒子群算法探索不同粒子决策变量对推力分配结果的影响。考虑推力分配目标力和力矩、推力限制、禁止角等约束条件,以推进器功率最优、磨损最小为优化目标建立了推力分配数学模型,构建了基于3种不同粒子决策变量的粒子群推力分配算法,以算法结果的适应度值、计算消耗时间的均值和方差量化算法的收敛性和实时性。对上述3种方法进行仿真分析,结果对比表明,基于文章提出的粒子决策变量搜索在收敛性和实时性上均达到最优,对粒子群算法解决推力分配问题有一定的参考价值。     

动力定位船舶桨-桨干扰处理策略研究

本文针对动力定位船舶在推力分配中桨-桨之间的水动力干扰问题,基于二次规划算法提出了一种改进的避免桨-桨干扰的策略。以一艘海洋平台供应船模型为研究对象,通过仿真验证了该算法可以有效地降低推进器的推力损失,提高船舶的定位精度,降低推进系统的能耗。     

基于粒子群算法的动力定位推力分配决策变量优选

针对群智能算法解决动力定位推力分配问题易陷入局部最优、计算时间长等不足,基于粒子群算法探索不同粒子决策变量对推力分配结果的影响。首先考虑推力分配目标力和力矩、推力限制、禁止角等约束条件,以推进器功率最优、磨损最小为优化目标建立了推力分配数学模型,构建了基于三种不同粒子决策变量的粒子群推力分配算法;其次以算法结果的适应度值、计算消耗时间的均值和方差量化算法的收敛性和实时性,对上述三种方法进行了仿真分析,仿真结果对比表明,基于本文提出的粒子决策变量搜索在收敛性和实时性上均达到最优,对粒子群算法解决推力分配问题有一定的参考价值。     

基于改进和声算法的推力优化分配

推力优化分配的本质是一个带约束的非线性优化问题。采用常规的迭代算法求解推力分配问题时,一般需要将目标函数简化成二次形式以及对约束条件进行线性化处理,从而导致计算得到的最优解存在误差。针对此问题,引入了改进的和声搜索算法来求解推力分配问题,并以能耗最低和推力误差最小为目标建立优化函数,同时兼顾推进器的物理限制而设置动态约束条件。仿真结果验证了该算法的有效性。     

基于遗传蝙蝠算法的任务约束船推力分配优化

针对带有任务约束且装配有多个推进器的动力定位船推力分配优化问题,提出一种全新的遗传-蝙蝠优化算法。该算法在遗传算法的基础上将种群分为两部分,一部分为保留的种群精英个体与蝙蝠算法有机结合进行优化;另一部分采用融入自适应策略的遗传算法进行优化。将该算法与所设计的带有任务约束的多维非线性推力分配目标优化函数相结合,通过仿真验证了所提出的算法可有效地解决在任务约束下的动力定位船多推进器的推力分配优化问题,在同一控制器作用下,通过与其他算法对比,该算法可获得更高的动力定位精度与更少的能量消耗,且推进器方位角变化波动小,稳定性强。可见,该算法可以有效解决带有约束的这一类多维非线性规划问题。     

2000t起重船动力定位系统推力分配

研究了2000t全回转起重船动力定位系统的推力分配方法。针对该船推力器不对称布置的特殊情况,提出了旋转力矩法、推力分组法、垂直力偶法和最小功率法等几种适用于该船的动力定位推力分配方法,并通过仿真计算验证了这几种推力分配方法的可行性。所提出的推力分配方法,弥补了推力系统设计方面的不足。     

动力定位系统的推力分配策略研究

以序列二次规划法为基础,提出一种合理高效地解决动力定位系统推力分配问题的方法.整个推力优化分配的目标是最小化推进系统的能耗,包括燃油消耗、推进器的磨损、推力误差等;同时还考虑到推进器的推力极限、最大推力变化速率、最大旋转速率、推进器推力的禁区、奇异结构等因素.对不同的推力禁区的处理方法进行对比,得到一个最合适的处理方法.计算实例表明,采用序列二次规划法能够实现对角度禁区的最优处理的目的,并能够达到降低燃油消耗,避免奇异结构,增加系统的可操纵性.     

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.     

基于严格等式约束的推力分配算法研究

为提高动力定位系统的定位精度,本文提出了一种满足严格等式约束的改进遗传算法对推力分配进行优化.该方法通过分析目标函数中不同项之间的影响,确定了推力角的权值系数,并从二个方面对遗传算法进行改进,提高了优化速度及精度:一是继承上一时刻的精英个体来生成等距初始种群;二是结合自适应算法加强局部搜索能力.针对推进器之间的水动力干涉问题,基于推力损失模型对推进器进行分组,并通过错位安置以及采用在推力禁区内设置推力减额系数的方法来降低推力损失,最后利用改进的遗传算法对半潜式平台动力定位系统的推力分配进行了仿真模拟.仿真结果表明,提出的方法在满足等式严格约束的基础上,降低了推进器推力的水动力损失,进而提高了系统的定位精度以及运行的经济性.     

基于混沌粒子群的增量式推力分配算法研究

针对伪逆法在推力分配中仅考虑能量最优问题,提出一种具备大范围寻优能力的改进混沌粒子群算法(CPSO),并把该方法和伪逆法相融合应用到船舶的推力分配中,此外为提高寻优能力,推力分配计算采用增量模式。该融合算法考虑推力器各种限制条件,计算简单,能兼顾船舶的能耗及操作性,解决奇点问题。仿真结果表明,该推力分配算法切实可行,能有效提高船舶的定位性能,具备一定的实用价值。