动力定位系统舵桨组合推力分配研究

\t  目的   \t为提高不同海况下半潜式平台的定位能力,针对其动力定位系统提出3种基于遗传算法的最优推力分配模式。\t  方法   \t首先,通过分析目标函数中不同项对系统功率、推进器磨损及推力误差的影响,确定推力角和松弛矩阵的权值系数;然后,提出一种限选法来降低推力损失,并采用设置上游推进器禁止进入推力禁区的方法来避免推进器之间的水动力干涉;最后,针对复杂多变海况下的推力分配问题,使用提出的3种推力分配策略进行仿真模拟。\t  结果   \t结果表明,限选法能够有效降低系统的能耗、推进器磨损和推力误差;提出的推力分配策略在复杂海况下有效。\t  结论   \t所提方法及策略能在一定程度为动力定位系统的设计提供思路和参考。     

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.     

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。     

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。     

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。     

基于功率管理的动力定位系统推力分配方法研究

以全电力推进船舶为研究对象,针对船上其他用电设备的功耗波动对电力系统的影响这一实际情况,在不影响定位功能的前提下,在原有的推力分配基础上研究具有功率管理功能的推力分配策略,采用基于动态负载控制法的推力分配方法,以达到减小电网总功耗波动和提高船舶电力系统稳定性的目标。仿真验证此方法导致的船舶在速度和位置上的偏差被成功地限制在一定范围内,也证明了如此小的偏差足以实现减小电网功耗波动的目标。     

基于功率管理的动力定位系统推力分配方法研究

以全电力推进船舶为研究对象,针对船上其他用电设备的功耗波动对电力系统的影响这一实际情况,在不影响定位功能的前提下,在原有的推力分配基础上研究具有功率管理功能的推力分配策略,采用基于动态负载控制法的推力分配方法,以达到减小电网总功耗波动和提高船舶电力系统稳定性的目标.仿真验证此方法导致的船舶在速度和位置上的偏差被成功地限制在一定范围内,也证明了如此小的偏差足以实现减小电网功耗波动的目标.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

模拟退火算法在动力定位能力评估中的应用

动力定位能力评估在动力定位系统设计中有着重要的作用.它从数学本质上看就是带约束的非线性最优化问题,而模拟退火算法是解决这类问题较为有效的方法.文章介绍了模拟退火算法在动力定位能力评估中的应用,对实例进行了控位能力计算,并将计算结果与Kongsberg公司计算结果进行比较.分析表明,基于模拟退火算法开发的动力定位能力评估方法是可靠的,能更好地满足力以及力矩平衡的要求.     

面向船舶动力定位模拟器的推力分配仿真子系统开发

船舶动力定位(Dynamic positioning, DP)模拟器主要依赖进口,国内尚未研制具有自主知识产权的DP模拟器。DP模拟器由控制子系统、推力分配子系统、测量子系统和船舶作业三维显示等多个子系统组成。在消化吸收DP模拟器相关技术的基础上,通过研究推力分配算法,提出采用C#中WPF技术完成DP推力分配仿真子系统的设计与实现。仿真结果表明,该仿真子系统能够有效地模拟多个推进器的推力和方位角变化情况。     

基于模型预测控制的船舶动力定位约束控制

研究了模型预测控制在船舶动力定位系统约束控制中的应用,建立了3自由度动力定位船舶的数学模型,提出了船舶动力定位系统设计中应考虑的各种约束.针对某供应船,根据模型预测控制理论进行了动力定位控制器设计,使约束的处理问题贯穿于控制系统设计的始终.仿真试验验证了模型预测控制算法应用于船舶动力定位约束控制的有效性.     

动态模糊神经网络在船舶动力定位中的应用

在前向模糊神经网络的归一化层和输出层之间加入递归层,形成的一种新型动态模糊神经网络(DFNN)具有动态映射能力,从而对动态系统有更好的响应.文章还推导了基于BP的反传学习算法.运用DFNN对船舶动力定位控制进行的仿真实验结果证明了该方法的有效性.