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。     

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。     

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。     

冗余度机器人基于任务的方向可操作度研究

  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。     

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。     

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。     

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。     

推力分配干扰区域处理策略研究

动力定位系统船舶的多推进器配置通常存在推进器间水动力干扰的问题,本文从推力优化分配中的权值矩阵考虑,提出一种权值矩阵修正的策略,在不设置推力禁区的条件下,依然可以使推进器避免落在推进器干扰区域内。     

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。     

动力定位船舶全速度路径跟踪CB导引自适应闭环控制

针对仅使用槽道推进器提供横向推力的动力定位船舶路径跟踪控制问题,建立慢变环境干扰影响下的非线性船舶数学模型,设计带有自适应干扰补偿的反步控制算法来消除环境干扰的影响。引入平行目标接近(CB)导引算法为跟踪控制生成期望速度矢量信号,通过与所提出的自适应反步控制算法相结合,得到不受船舶驱动特性限制的全速度范围动力定位船舶导引跟踪控制算法,应用李雅普诺夫稳定性理论证明系统跟踪误差渐进收敛到零。仿真结果表明通过调整导引算法参数可以调节船舶跟踪过程表现,并可以得到较好的控制精度。     

基于自适应神经网络的UUV航速控制仿真研究

针对无人水下航行器(UUV)在水动力参数变化和外界不确定干扰下的航速控制问题,提出一种基于李雅普诺夫方法的自适应神经网络控制算法。引入RBF神经网络来估计建模误差和海流干扰,并设计自适应学习律来保证神经网络权值的最优估计,保证了系统的航速误差收敛到零。仿真试验结果表明设计的控制器在航速控制过程中可有效抑制UUV载体的模型不确定性及海流干扰,且控制参数易于调节。     

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。     

快速转向推进器在动力定位系统中的应用

动力定位系统船舶的多推进器配置通常存在推进器间水动力干扰的问题,本文从采用一种快速回转推进器的方法考虑,提出一种基于大角度变化率的推理优化分配策略,在设置推力禁区的条件下,可以使推进器避免落在推进器干扰区域边界上。     

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.     

基于蝗虫优化算法的大型运输船舶自适应控制北大核心CSCD

[目的]海上航行环境随机复杂多变,而智能自主航行是大型远洋运输船舶发展的重要趋势,为此,提出一种新的自适应控制方法。[方法]首先,基于蝗虫优化算法(GOA),将线性二次型调节器(LQR)控制方法与一阶动态积分滑模控制方法相融合;然后,结合实时监测波浪干扰力的非线性无源估计器,将船舶高、低频运动信号进行分离;最后,与LQR控制方法和一阶动态积分滑模控制方法进行仿真对比。[结果]结果显示,新的控制方法具有更好的瞬态和稳态跟踪性能,在不同的海况下能够克服随机波浪的影响,具有较强的鲁棒性。[结论]新的控制方法具有复杂环境下的自适应调节能力,且控制响应快、精度高、无效操舵少,能极大地提高大型运输船舶的航行效率、安全性和稳定性。     

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。     

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。     

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。     

船体与组合推进器系统推力减额特性设计主参数和优化策略研究

在文献[1]的基础上,提出了评价船后组合推进器推力减额特性的4个指标:整体推力减额效率(1-t1)、转子推力减额效率(1-t2)、组合推进器推力比τ和导管定子阻力比γ.利用CSSRC现存试验数据运用简单对比和统计分析方法,给出了诸设计参数对这些指标影响的显著性和规律性.推荐采用受控于全部主参数的指标(1-t2)作为船体与组合推进器相互干扰特性优化的总目标,提出了用部分主参数控制的对应分目标优化和迭代来实现总目标优化的简明策略.实例计算表明,优化设计船体尾型主参数LRD、CPR和推进器主参数(A)ex/AP的搭配,可大幅度提高船后组合推进器的推力减额效率.     

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。