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。     

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。     

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.     

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。     

船舶动力定位中的控制分配技术研究现状与展望

介绍了目前国内外关于船舶动力定位技术中,控制分配算法研究的进展情况。根据分配模型的特点,分为线性控制分配和非线性控制分配两大类。其中线性分配算法包括解线性方程组、伪逆法、约束线性优化法和误差最优的线性二次规划法,非线性分配算法包括序列二次规划法、动态寻优法和智能分配算法。文中简要介绍和分析以上各种方法的优缺点并进行比较,最后对船舶控制分配的一些关键性问题进行总结。     

动力定位船舶推力优化分配研究

针对动力定位船舶处于环境力较小而方向频繁变化的特殊海洋环境中定位作业的推力分配问题,采用组合偏置策略进行推力优化分配,研究了偏置量大小对组合偏置效果的影响规律,并针对组合偏置后存在能量消耗过大的问题,提出了基于能耗最优的二次推力分配方法。仿真结果揭示了偏置量不同对组合偏置效果的影响规律,验证了二次推力分配方法对降低推进系统组合偏置后能量消耗的有效性。     

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。     

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。     

动力定位系统推力能力曲线计算分析

推力能力曲线与传统的动力定位能力评估结果不同,它显示着动力定位作业控制时推进系统的推力可执行域。文章通过对动力定位系统仅在力矩平衡约束下的最大推力进行求解,计算了推力能力曲线,并结合相关算例对推力能力曲线的应用进行了分析研究。研究结果表明推力能力图线尽管对于环境载荷的估算依赖很小,但对动力定位能力仍有着很好的反映。而且在动力定位作业控制时,它不但能反映动力定位系统当前的工作状态,同时对可能出现的一些临界状态做出预判,给动力定位系统操控人员提供很好的指导建议。     

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。     

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.     

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。     

动力定位船控位能力计算软件平台构建研究

围绕环境载荷计算和推进器推力分配两大关键问题,对控位能力计算软件平台功能实现进行设计。通过对环境载荷计算、推进器配置、推力分配、动力定位能力图绘制等功能进行集成,完成界面友好的控位能力计算软件平台。最后通过实例验证了自研软件的稳定性与输出结果的可靠性。     

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。     

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。