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。     

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.     

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。     

一种基于直翼推进器的动力定位推力分配方法优化研究

推力分配是动力定位控制算法中的重要组成部分,在满足执行机构的物理约束和任务使用约束的同时将高层控制器的指令转化为底层执行机构的控制输入,实现期望控制指令的最优化实施。本论文采用改进的推力分配算法对配备直翼推进器的船舶进行约束条件下的推力分配优化研究,并以某型工程船为背景进行仿真验证,结果表明相比逻辑算法该优化算法效果更佳。     

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。     

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。     

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。     

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。     

动力定位船舶全回转推进器工作区优化

[目的]为使动力定位全回转推进器及时响应外界环境力,避免推进器产生大范围旋转,实现动力定位控制的高精度,开展全回转推进器最佳工作区间研究。[方法]以安装有两个全回转推进器和一个侧向推进器的动力定位自航模型为研究对象,首先,分析当前推力分配奇异性优化指标存在的问题,在此基础上考虑推进器的推力限制,并采用遍历推进器推力及方位角的方法,建立轴向最大能力矩阵;然后,根据外界环境力大小及变化,计算得到各轴向的最低性能要求,结合禁止角,确定推进器在不同外界环境下的最佳工作区间,获得新的推力分配逻辑框架;最后,基于传统奇异性指标与最佳工作区间的动力定位船模,分别开展定点定位试验。[结果]结果表明,所提方法能够克服奇异性指标存在的不足,实现推进器方位角在50°范围内变化,定点定位达到0.1 m半径位置和0.5°艏向的控制精度。[结论]所述方法可替代奇异性指标,满足船模动力定位试验要求,具备一定的工程实用价值。     

基于遗传算法的半潜式平台动力定位系统 动态约束可行域推力分配法

半潜式平台动力定位系统,在模块化设计过程中,需通过推力分配方法将控制力分配到各个底层推进器中。针对推力分配问题,为充分考虑推力器的物理性能及可执行性,文中采用推力变化率和转角变化率作为控制参数,建立基于耗能最小的优化模型。分配过程中,为避免推力器间相互作用造成的推力损失,基于推力损失模型,依据干扰程度对系统推力器进行分组,各组中根据上游推力器的推力方向动态设置下游推力器的推力方向可行域,最后利用遗传算法对半潜式平台动力定位推力分配系统进行数值模拟。结果表明:遗传算法易于处理复杂的边界条件,通过动态设置可行域可以增加系统的操作性并有效减小推力损失,提高系统经济性。     

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。     

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。     

动力定位深海采矿船作业过程数值分析

深海采矿是一种高科技且高难度的深水、超深水采矿技术,以往的研究成果中对采矿船动力定位过程与立管及设备耦合分析尚不充分.该文采用势流理论分析采矿船水动力性能,采用集中质量法与Morison方程对立管与中继舱进行动力学建模.船舶动力定位系统采用PID控制器结合Kalman滤波进行建模,同时模拟了推力分配单元,充分计及动力定位对耦合运动系统的影响,完成采矿船动力定位过程中的深海采矿系统时域耦合数值分析;计算获得指定海况下的采矿船、中继舱的运动状态,立管的张力以及推进器推力等信息;分析了动态模拟中动力定位的影响.仿真过程对于深海采矿设计分析具有参考价值.     

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。     

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。     

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.