一种基于直翼推进器的动力定位推力分配方法优化研究

发布时间：2021-11-06 07:41

　　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。文章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。 

【文章来源】：船舶工程. 2020,42(S1)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

动力定位系统各控制单元连接关系图传统的逻辑分配算法往往都是基于螺旋桨为低层

，T2=0；当T12≤0时，T1=0，T2=T12。图7船体坐标系下推进器的布置采用式（15）的推力分配优化模型，选取目标函数中：功率权值系数K=500，推力误差矩阵Q=[100010001000]。海洋环境设置为四级海况：风速8m/s，风向角15°，流速1.5m/s，流向角10°，浪向角15°（风浪流同向，且去向为正）。设置船舶初始位置为(0,0)，目标位置为(10,10)，期望艏向10°，仿真时间为400s。5.1改进的推力分配算法仿真图8和图9为船舶运动状态图，包括横纵方向和转艏方向的位置与速度，船舶最终稳定于所期望的位置（北向10m，东向10m，艏向角10°），其定位效果表明所建立的动力定位系统的可行性。图10和图11为艏侧推和直翼推进器的状态变化曲线，表明该算法可以实现较高精度的推力分配问题。图12为运动过程中的总功率消耗，表明对推力分配目标函数的建立是以功耗最优为基础的。5.2改进的推力分配算法与传统逻辑算法仿真对比采用相同的仿真条件，将改进的推力分配算法与传统逻辑算法进行对比。仿真结果如图13～图15所示。图13为直翼推进器在两种算法下推力大小与方位角的仿真对比，可以看出，采用改进的推力分配算法指令幅值和频率更孝更平滑，而逻辑分配算法由于没有进行优化求解，因此指令平滑度以及准确性较差。图14两种算法下控制指令与分配指令的误差，可以看出改进的推力分配算法误差较小，能够更高精度的满足分配需求。图15为两种算法下的功耗比较，显然采用逻辑算法进行推力分配的能耗更多，而改进后的算法能耗则相对较少，表明了改进后的算法能够更快找到最优?

一种基于直翼推进器的动力定位推力分配方法优化研究—168—仿真时间/s仿真时间/s图9船舶运动轨迹图101#侧推的推力大小与方位角图113#直翼推进器的推力大小与方位角图12改进的推力分配优化算法系统能量总消耗a)传统逻辑推力分配算法b)改进的推力分配算法图133#直翼推进器推力与方位角图14两种算法指令误差对比图15两种算法能量消耗对比表2为改进的推力分配算法与传统逻辑分配算法量化对比，表中的推进器推力变化频次指的是直翼推进器偏心率的波峰出现的次数。因为在本仿真中，直翼推进器的转速固定，偏心率的变化频次可一定程度上反映推力变化的频繁程度。从表中可以看出，在设定的定位工况下改进后的推力分配算法不仅在分配精仿真时间/s仿真时间/sα3/(°)T3/kNα3/(°)仿真时间/s仿真时间/sT3/kNT3/kNα3/(°)仿真时间/s仿真时间/s仿真时间/s能量消耗/kW仿真时间/ss3/kNs2/kNs1/kNx/my/m仿真时间/s能量消耗/kWT1/kNα1/(°)

【参考文献】：
博士论文
[1]船舶动力定位系统推力估计与推力分配研究[D]. 魏玉石.哈尔滨工程大学 2013

硕士论文
[1]船舶推力分配多步优化算法研究[D]. 张晓迪.上海交通大学 2015
[2]DP系统的推力分配优化算法研究[D]. 金超.哈尔滨工程大学 2013
[3]铺管起重船动力定位系统推力分配方法研究[D]. 郭峰.哈尔滨工程大学 2012
[4]基于SQP算法的动力定位推力分配的研究[D]. 李立国.哈尔滨工程大学 2011
[5]DP推进系统水动力干扰及最优推力分配算法研究[D]. 杨世知.上海交通大学 2010



本文编号：3479459