基于遗传算法的海洋地震拖缆控制研究

发布时间：2021-05-06 13:06

　　随着能源问题的日益凸显，对海洋能源的勘探越来越引起人们的关注。海洋地震勘探是寻找海上能源的重要途径，其关键在于对拖缆的精确控制，这是获取较高勘探质量的保证。在遇到突发情况时，上位机对拖缆做出精确及时的控制是保证系统安全运行的前提。对拖缆进行控制的拖缆控制器是“水鸟”。本文基于遗传算法和串级控制系统，提出了对海洋地震拖缆有效的控制策略。首先分析了串级控制的基本概念与组成结构、“水鸟”串级控制系统的工作过程，建立基于串级系统的控制数学模型，并利用simulink进行仿真。探究了MATLAB遗传算法工具箱的使用方法，计算了优化“水鸟”水翼角度转动“最优组合”问题。针对海洋地震拖缆系统上位机对多个“水鸟”的控制问题，选取一种海上常见避险工况，并对该工况进行分析计算，建立数学模型并利用“罚函数法”进行约束处理，得出基于遗传算法的适应度函数，并提出适用于该类工况一般情况的适应度函数公式。通过研究，验证了遗传算法得出的结果在准确性上完全可以满足实际工程需求；“水鸟”串级控制系统符合控制要求，在快速性和稳定性上比非串级系统有一定优势；提出的海上避险工况拖缆阵列控制适应度函数公式能够完成对该工况所有情形... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
目录
图录
表录
第一章 绪论
    1.1 课题背景
        1.1.1 世界海洋油气资源现状
        1.1.2 海洋物探技术
        1.1.3 海上地震勘探拖缆系统
    1.2 海洋地震拖缆控制研究综述
    1.3 本文研究的目的和意义
    1.4 本文研究的主要内容
第二章 遗传算法
    2.1 遗传算法的基本思想
    2.2 遗传算法的数学理论
        2.2.1 模式定理
        2.2.2 积木块假设
        2.2.3 收敛性分析
    2.3 遗传算法的特点
    2.4 遗传算法的基本原理与方法
        2.4.1 控制参数的选择
        2.4.2 约束条件的处理
    2.5 本章小结
第三章 MATLAB 遗传算法工具箱及其应用
    3.1 基本简化模型
    3.2 用遗传算法进行优化控制
        3.2.1 优化目标与约束处理
        3.2.2 算法设计
    3.3 MATLAB 遗传算法工具箱
        3.3.1 MATLAB 遗传算法工具箱
        3.3.2 工具箱应用步骤
    3.4 基于 MATLAB 工具箱的模型优化
        3.4.1 优化环境
        3.4.2 优化过程
        3.4.3 优化结果分析
    3.5 本章小结
第四章 基于串级系统的拖缆控制器
    4.1 串级系统
        4.1.1 串级控制的概念与结构
        4.1.2 串级控制系统的特点与优势
    4.2 水鸟控制系统基本原理及工作过程
        4.2.1 基于串级系统的“水鸟”控制系统
        4.2.2 串级控制系统的工作过程
        4.2.3 “水鸟”水翼角度测量
    4.3 建模与仿真
        4.3.1 数学模型建立
        4.3.2 Simulink 建模与仿真
    4.4 本章小结
第五章 基于遗传算法的海洋地震拖缆某避险工况阵列控制研究
    5.1 避险工况介绍
    5.2 遗传算法处理与计算
    5.3 工况计算
        5.3.1 工况 1：单个障碍物
        5.3.2 工况 2：多个障碍物
        5.3.3 工况 3：多个“水鸟”
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
附录 MATLAB 遗传算法运行信息数据
致谢
攻读硕士学位期间发表论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]海洋资源勘探拖缆水平振动的鲁棒自适应控制[J]. 张亮,张维竞,刘涛.  振动与冲击. 2013(14)
[2]一种高性能多通道海洋地震勘探数据读出系统的设计[J]. 杨敬红,阮福明,宋克柱,曹平.  核电子学与探测技术. 2013(03)
[3]地震拖缆的复模态振动主动控制[J]. 张亮,张维竞,刘涛.  海洋工程. 2013(01)
[4]Matlab环境下基于遗传算法的正弦波信号参数提取[J]. 李振辉,李凯,姜美雷,孔祥源.  现代电子技术. 2013(02)
[5]基于遗传算法的参数优化估算模型[J]. 王晓华,杨娜.  电子世界. 2012(24)
[6]基于Matlab遗传算法工具箱的内插齿刀优化设计[J]. 唐德威,刘丹,邓宗全,姜生元.  机械制造. 2012(11)
[7]海洋资源四维勘探拖缆阵列动力学特性仿真研究[J]. 吴喆莹,张维竞,刘涛,张广磊,史斌杰.  海洋工程. 2012(04)
[8]MATLAB遗传算法对轮边减速器的优化设计[J]. 孔杰.  现代机械. 2012(04)
[9]水下拖缆动力学特性计算机仿真研究[J]. 吴喆莹,张维竞,刘涛,张广磊.  信息技术. 2012(07)
[10]遗传算法的Matlab实现及应用[J]. 王娟.  信息与电脑(理论版). 2012(06)

博士论文
[1]海上地震数据多缆采集与记录系统设计研究[D]. 马灵.中国科学技术大学 2012
[2]基于遗传算法的海水淡化及其集成系统优化设计研究[D]. 伍联营.中国海洋大学 2012

硕士论文
[1]海洋地震拖缆姿态动态仿真研究[D]. 吴喆莹.上海交通大学 2012
[2]基于神经网络控制的嵌入式水鸟控制系统设计[D]. 史斌杰.上海交通大学 2012
[3]基于广义α算法低应力拖缆动力学仿真及实验研究[D]. 张广磊.上海交通大学 2012
[4]横向流作用下海洋地震拖缆姿态控制研究[D]. 王春杰.上海交通大学 2011
[5]“嵌入式”海洋地震拖缆控制器设计与研究[D]. 段磊.上海交通大学 2011
[6]嵌入式水鸟操控系统设计[D]. 杨桂康.上海交通大学 2009
[7]基于嵌入式水鸟的海上地震拖缆运动控制与仿真研究[D]. 张小卿.上海交通大学 2009
[8]嵌入式水鸟操控系统软件开发研究[D]. 刘晓伟.上海交通大学 2009



本文编号：3171973