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.     

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。     

基于能耗最优化的动力定位推力分配逻辑算法研究

文章为动力定位系统执行器的设计提供了两种推力分配最优化的求解方法,旨在寻求一种理想的推力器输出,包括推力与方位角,以维持动力定位系统能力。通过求解非线性约束最优化问题,得出时效性、稳定性与可控制性强的推力分配模块。文中采用一个或若干个合适的结构矩阵来描述推力器的位置及其性能,采用不同的边界条件对系统要求进行描述,如降低推力损失等。基于一个简单的算例,分别采用遗传算法和序列二次方法进行求解,改变约束条件并分析程序运行结果,对比信号输出及其能耗情况,论证两种算法的可行性与稳定性。文中还对比了五种不同的情况,包括约束条件以及算法的变化,以满足不同的应用需求。     

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.     

现代船舶动力定位系统设计

围绕现代动力定位系统的设计问题,讨论系统的构建、数学建模、控制器设计和推力器的推力分配,重点给出了基于扩展Kalman滤波的动力定位LQG控制器设计算法。     

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。     

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。     

基于锚泊系统的半潜式海洋平台定位方法研究

以工作水深1200m、8缆系泊的半潜式海洋平台为对象,研究其系统定位方法,通过改变锚泊系统系泊缆长度来实现平台的定位。建立反映半潜式海洋平台锚泊系统动力响应的多目标优化模型,通过求解得到船体目标位移与最优系泊缆长度,借助多学科软件iSIGHT,通过开发程序接口,调用水动力分析软件ANSYS/AQWA求解器求解,实现了半潜式平台锚泊系统的结构动力响应优化设计。对半潜式平台进行风、浪、流联合作用下的水动力耦合分析,实时控制系泊缆长度来实现平台的定位并保证平台的稳定性。     

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。     

深水半潜式钻井平台动力定位建模与仿真

针对海洋结构物的过程对象模型中水动力系数较多且较难获得准确的数值,运用控制对象模型代替过程对象模型来模拟海洋平台动力定位时的动态响应.采用模块法对半潜式平台主要的水上建筑以及水下建筑进行了不同标准构件模块的离散,通过叠加各离散构件的载荷获得风与海流的总载荷.应用所建立的模型对981钻井平台在待机工况与作业工况进行了动力定位的时域仿真,仿真结果表明模型切实可行,可以用于动力定位的实时模拟与系统调试.     

苏伊士型穿梭油船动力定位能力分析

在对推进器推力损失及环境外载荷模型分析基础上,利用excel软件开发用于生成动力定位能力曲线的工具,并借此展开苏伊士油轮动力定位能力评估推进器的初步选项设计工作。针对DP能力曲线不能反映推进器之间的干涉以及因动力分配不均而造成的动力损失等问题,提出以燃油最经济(动力最小)为目标函数,通过设置限定角、推进器效率,以及可用最大负荷等参数求解特定外界载荷作用下动力定位推力最优分配,从而评估动力定位能力。实例计算表明,合理的推力分配可以有效降低推进总功率及负荷。     

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。     

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。     

射流导叶改善推力器性能

多种近海船舶皆采用(定位)推力器使其在各种不同的气候条件下保持原地停泊。通常在平底船身下适当的位置上安装一定数量的推力器,以产生抗衡诸如风、波浪和水流等环境负载所需要的力和力矩.然而,在工作时大多数典型的半潜装置上的推力,均因所谓的相互作用损失而大大减少。后者主要是与推力器的射流传播有关,它通常(在水中)按±10°左右散射出去。由于这种散射传播,推力器射流可能(在某个方向上)与半潜式平底船表面发生干扰,或者可能与平底船体的另一侧表面发生撞击。当射流因柯达效应(Coanda-effet)而向上偏斜     

风浪流作用下半潜平台水动力及其锚泊系统响应分析

针对某半潜平台主体和锚泊系统建立整体水动力模型,基于势流理论,在频域内计算平台在不同浪向下规则波中的水动力及其运动响应;在时域中计算张紧式系泊系统在风、浪、流联合作用下的非线性耦合运动响应,与悬链线系泊系统进行对比分析,结果表明,该半潜平台在高频范围内运动性能良好;深水环境中采用张紧式系泊要比悬链线系泊有优势。     

一种新型水下平台的水平面运动控制

新型水下平台用于从水面布放设备至海底,或从海底回收至水面指定位置,其主要运动形式为垂向无动力下潜或上浮。为了克服垂向运动过程中来自水平方向洋流的扰动,需要对平台的水平位置和首向进行控制。针对平台水动力系数等模型参数难以计算,水平洋流未知、且水平推进系统布置特殊的特点,设计了不依赖于模型参数且具有全局稳定性的水平面运动控制系统,并应用Lagrange方法对推力分配进行了优化从而减小运动控制的总功耗。最后通过仿真对控制算法进行了验证。     

基于Fluent的ROV导管螺旋桨水花动态仿真研究

在ROV作业视景仿真系统中,螺旋桨动态水花仿真能够辅助操作人员通过螺旋桨旋转带动的水花状态判断操作正误,而且可以增加作业视景仿真视觉真实感。ROV导管螺旋桨在深海环境利用导流管作用增加推力,其动态水花流体形态、水动力特性与普通水面螺旋桨存在差异,不能以传统的单纯动画式进行仿真。文中对ROV导管螺旋桨动态水花仿真方法进行研究,研究了其水动力性能计算模型,基于Fluent对ROV的导管螺旋桨进行了水动力性能计算,根据流场分布数据结合VegaPrime视景仿真平台粒子系统完成螺旋桨水花动态模拟,获取逼真的水花动态仿真效果。     

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。     

一种新型水下平台的水平面运动控制

新型水下平台用于从水面布放设备至海底,或从海底回收至水面指定位置,其主要运动形式为垂向无动力下潜或上浮。为了克服垂向运动过程中来自水平方向洋流的扰动,需要对平台的水平位置和首向进行控制。针对平台水动力系数等模型参数难以计算,水平洋流未知、且水平推进系统布置特殊的特点,设计了不依赖于模型参数且具有全局稳定性的水平面运动控制系统,并应用Lagrange方法对推力分配进行了优化从而减小运动控制的总功耗。最后通过仿真对控制算法进行了验证。