动力定位系统的推力分配研究

发布时间：2017-10-23 12:31

  本文关键词：动力定位系统的推力分配研究

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【摘要】：现代工业的迅猛发展和人类生活水平的提高,使得人类对各类资源的需求量越来越大。近年来,随着陆地和近海资源的日渐枯竭,人类对深海的开发越来越频繁。由于传统的锚泊技术无法满足深海作业的要求,越来越多的海洋平台和船舶采用了动力定位系统。动力定位系统能利用自身推进器产生的推力来抵消外界力,从而使船舶或海洋平台保持在指定位置或者沿着期望的轨迹运动。作为动力定位系统的重要组成部分,推力分配的主要作用是根据动力定位所需要的总推力来计算各推进器的最优推力,使动力定位系统的相关性能得到提升。本文以“新海虎9”号耙吸式挖泥船为研究对象,该船的特点是采用了桨/舵组合。因此文中重点研究了以桨/舵组合为主推的推力分配问题,这比采用全回转推进器的推力分配问题要困难的多。文中针对桨/舵组合这个研究对象,建立对应的目标函数和约束条件。目标函数中主要考虑能源消耗的最小化、艏向最优、推进器机械磨损最少、最小化推进器最大推力等几方面。约束中主要考虑推力、力矩的平衡,推进器的推力区域,舵角变化率,推力变化率等限制。文中分别采用了序列二次规划算法和自适应混沌粒子群算法两种优化算法来处理推力分配问题。这两种算法各有优缺点,比如前者稳定快速,但易陷入局部收敛;后者是一种改进后的智能仿生算法,结构简单、全局收敛、易于实现,但运算时间较长。在不同的测试环境条件下,代入适当参数进行仿真测试,经过多次仿真得到的实验结果表明,上述两种算法均能达到预期效果。相对于序列二次规划算法,自适应混沌粒子群算法所得结果更优,但要想应用到实船的动力定位系统中还需要缩短运行时间。
【关键词】：动力定位系统 推力分配 序列二次规划法 自适应混沌粒子群法
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U674.38;U664.82
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-18
• 1.1 课题研究背景13
• 1.2 课题研究意义13-14
• 1.3 动力定位系统国内外研究现状14-15
• 1.4 推力分配国内外研究现状15-16
• 1.5 推力分配的发展趋势16-17
• 1.6 课题主要研究内容17-18
• 第2章 船舶动力定位系统数学模型18-27
• 2.1 “新海虎 9”号挖泥船主要参数18
• 2.2 船舶运动数学模型18-21
• 2.3 环境因素数学模型21-23
• 2.3.1 风载荷21-22
• 2.3.2 流载荷22
• 2.3.3 二阶波浪慢漂力22-23
• 2.4 模型仿真23-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 动力定位推进系统27-38
• 3.1 动力定位系统原理27
• 3.2 动力定位系统组成27-29
• 3.3 推力分配系统的原理和组成29-34
• 3.4 推力器的敞水特性34-36
• 3.5 桨一桨干扰36-37
• 3.5.1 桨一桨干扰的原因36
• 3.5.2 桨一桨干扰的处理36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第4章 序列二次规划法应用于推力分配研究38-62
• 4.1 推力分配概述38-42
• 4.1.1 推力分配问题的基本要求38
• 4.1.2 推力分配目标函数38-39
• 4.1.3 推力分配约束条件39-42
• 4.2 序列二次规划方法42-45
• 4.2.1 序列二次规划方法的发展与研究现状42-43
• 4.2.2 序列二次规划算法基本原理43-44
• 4.2.3 Matlab求解二次规划问题44-45
• 4.3 推力分配中的切换45-51
• 4.3.1 控制器46-47
• 4.3.2 切换47-48
• 4.3.3 可切换的推力分配系统在实船中的应用48-51
• 4.4 基于序列二次规划方法的推力分配实现51-61
• 4.4.1 推进器布置情况51
• 4.4.2 推力分配动态优化区域51-52
• 4.4.3 推力器数学模型52-53
• 4.4.4 推力优化分配的目标函数及约束条件53-56
• 4.4.5 推力优化分配算法实现56-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 自适应混沌粒子群算法应用于推力分配研究62-77
• 5.1 粒子群算法概述62-65
• 5.1.1 粒子群算法的起源62-63
• 5.1.2 粒子群算法的基本原理63-64
• 5.1.3 PSO的应用64-65
• 5.2 自适应混沌粒子群算法65-67
• 5.2.1 ACPSO算法基本原理65-67
• 5.2.2 PSO与ACPSO算法的比较67
• 5.3 ACPSO仿真结果与分析67-75
• 5.3.1 参数和初值设置67-68
• 5.3.2 仿真结果68-72
• 5.3.3 选取不同ACPSO参数下的仿真比较72-75
• 5.4 两种算法比较75
• 5.5 本章小结75-77
• 结论与展望77-79
• 参考文献79-85
• 攻读学位期间所发表的学术论文及科研成果85-87
• 致谢87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张杰;罗亮;王明航;方俊;蒋磊;;DP定位船舶推力系统设计原则[J];科技与企业;2013年01期

2 祝庆庆;俞孟蕻;卢佳佳;韦华;;海洋工程船推力分配策略[J];舰船科学技术;2013年05期

3 夏伟江;动力定位系统(DPS)船舶的产生、发展及在海洋石油勘探、开发、生产等阶段的应用[J];天津航海;2005年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 成争荣;一类改进的粒子群优化算法[D];青岛大学;2011年

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本文编号：1083452