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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于遗传算法的船舶推力分配方法研究

近年来,海洋资源开发需求的日益增加对船舶推进器系统的性能提出越来越高的要求。当前,推力系统的主流配置方法为过驱动配置法,然而其存在求解效率低、全局范围内性能差等缺点。针对这一问题,本文提出了一种基于改进遗传算法的船舶推力动态分配方法,采用多步优化算法和径向基神经网络进行求解和训练。为提高全局可行域内的计算效率,本文对遗传算法中的交叉变异概率函数及适应度函数进行了优化。仿真结果表明,本文提出的推力分配方法功率消耗小且性能优异。     

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。     

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.     

Heading control for turret-moored vessel in level ice based on Kalman filter with thrust allocation

This paper mainly focuses on the heading control of a position-moored vessel operating under level ice regime. A dynamic ice simulator interconnecting the vessel motions with the ice dynamics is used for the design of the heading control system. The strategy is to ensure that the vessel is kept at an appropriate position within the safe limits. Using a heading controller based on a Kalman filter, the desired control force is computed to counteract the environmental disturbances. A thrust allocation method is developed to go with the heading controller. To keep the ice forces to a reasonable level, the moored vessel should be aligned with the ice drift direction and small angles up to 15° in changes on heading against the ice flow could be possible. Therefore, heading control of a moored vessel exposed to level ice with drift angle 0° and 15° is simulated since the dynamic positioning system needs to resist ice yaw moments and lateral ice forces on the hull. The simulation indicates that the proposed control strategy performs satisfactorily for a moored vessel in level ice.     

收益优化在船舶虚拟云计算中心的网络资源分配算法研究

为实现高效、可靠的信息传输,首先搭建基于云计算船舶虚拟网络,然后将多目标优化问题进行转换,通过建立模型解决多目标优化的冲突问题,最后通过仿真平台进行性能测试,对比使用收益优化算法和不使用收益优化算法的模型,得出利用云计算进行船舶虚拟网络资源分配时,考虑收益优化时能够合理地进行资源分配,实现虚拟网络收益最优。     

基于可变机器约束作业车间调度方法研究

机器固定约束作业车间规定加工某道工序的机器仅有一台,不符合车间实际生产情况.针对其局限性,考虑某工序有多台机器可供选择的可变机器约束,建立综合机器使用成本和延期惩罚费用两方面因素的单目标优化模型,提出改进反转变异法、双交叉以及指数衰减法的遗传退火算法,求解可变机器约束作业车间调度问题(variable machine constraints job-shop scheduling problems, VMCJSSP).仿真发现,与传统遗传算法相比,该算法使生产成本节约45%,最小加工等待时间缩短37%;最后,基于该算法对VMCJSSP、机器固定约束问题进行调度仿真.结果表明,相对于机器固定约束,该算法模拟的生产成本降低58%、最小加工等待时间缩短11%,具有求解大计算量车间调度问题的高效性.