船舶定位系统推力分配方法及策略研究.pdf
《船舶定位系统推力分配方法及策略研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《船舶定位系统推力分配方法及策略研究.pdf(3页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、科技与创新Science and Technology&Innovation1162023 年 第 17 期文章编号:2095-6835(2023)17-0116-03船舶定位系统推力分配方法及策略研究余 祥(安徽省淮河船舶检验局,安徽 蚌埠 233000)摘要:随着科技的发展,海洋资源的勘探、开发和利用从浅海拓展至深海。在这种情况下,船舶动力定位和推力分配成为了船舶工程领域的研究热点。动力定位系统是利用船舶或平台自身推进器产生的推力来抵消外部环境力的技术,以维持预定位置或轨迹1。推力分配模块是该系统的关键组成部分,其主要功能是在有限时间内找到最优的推力和角度组合,以满足控制器对合力和力矩的要
2、求。首先,总结了国内外动力定位系统中推力分配的研究现状,并说明研究的目标;其次,引入了数学模型,以优化推力分配,该数学模型包括目标函数和约束条件;最后,介绍了 2 种不同的数学优化算法,即二次规划(Quadratic Programming,QP)算法和序列二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)算法,并将它们应用于推力分配问题数学模型的求解2。此外,还介绍了一种自适应组合偏置算法,该算法能够根据控制力的大小和方向自适应地调整偏置量的大小及全向推进器的组合方式。关键词:动力定位;推力分配;数学模型;组合偏置算法中图分类号:U664.82文献标志码:A
3、DOI:10.15913/ki.kjycx.2023.17.034船舶动力定位系统(Dynamic Positioning System,DP)是利用船舶自身设备和先进技术实现船舶在海上进行自主控制的技术3。传统的推力分配方法无法考虑到海洋环境的变化和复杂性,不能实现最优的推力分配,从而影响了 DP 系统的性能和船舶的操作效率4。推力分配方法和策略的研究可以为船舶动力定位系统的发展提供技术支持和理论指导,提高船舶的定位精度和控制效率,进一步提升海洋工程的安全性和可靠性。本文的研究目标是探究船舶动力定位系统中的推力分配方法和策略,以实现船舶在海上的动力定位,使它能够保持稳定的位置和方向,并适应各
4、种海况条件。本文将分析船舶动力定位系统的应用前景和发展趋势,同时为未来的研究提供参考。1推力分配问题数学模型推力分配是指对每个推进器分配适当的推力和方向,以使水下平台保持所需的位置和方向5。推力分配数学模型包括 2 部分,即目标函数和约束条件。目标函数是要最小化或最大化的量,而约束条件是一系列需要满足的限制条件。1.1推力分配问题的约束条件假设动力定位船舶上配备了 n 个推进器,其中有m 个全回转推进器。为了控制船舶在水中的位置和方向,需要遵守以下等式约束6。推力平衡约束,所有推进器产生的推力在 X、Y、Z 这 3 个方向上的分量之和分别等于船舶在该方向上的总推力需求,即:FX=FXdeman
5、dFY=FYdemandFZ=FZdemand式中:FX、FY和FZ分别为所有推进器在 X、Y、Z、方向上产生的推力之和的数值;FXdemand、FYdemand和FZdemand分别为船舶在 X、Y、Z 方向上所需的总推力的数值。动力平衡约束,所有推进器产生的推力与它对应的功率之间应该满足一定的比例关系7,即:(Pi/ni)=Pt式中:Pi为第 i 个推进器的功率的数值;ni为第 i 个推进器产生的推力向量所在平面与 X-Y 平面的夹角的数值;Pt为船舶所需的总功率的数值。全回转推进器约束,对于全回转推进器,它们的推力向量必须在水平面内(X-Y 平面)旋转8,即:ni=0(i=1,2,m)对
6、于全回转推进器来说,其推力向量只能在水平面内旋转,因此其夹角为 0。1.2推力分配目标函数船舶推力分配的目标函数通常可以表示为优化问题,其中最常用的目标是最小化船舶的总能耗或最小化某些特定限制条件下的航行时间。其中目标函数用于确定每个推进器的推力分配。一种常见的目标函数是最小化总推力,可以表示为:Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 17 期117min sumi=1nTi式中:Ti为第 i 个推进器的推力的数值。这个目标函数的意思是希望所有的推进器的推力总和最小,这将有助于降低燃油消耗和排放。另一种常见的目标函数是最大化船舶速度,可以表
7、示为 vmax。1.3建立数学模型船舶推力分配最优化问题是指在船舶运行过程中,如何合理地分配船舶的推力,以达到最优的船舶运行效果,包括节能、安全等方面的考虑。此问题可用数学模型来描述求解,具体步骤如下。首先,建立目标函数。船舶推力分配最优化问题的目标是通过优化船舶推力的分配,使得船舶在行驶过程中消耗的总能量最小化。因此,需要定义一个能量消耗的衡量指标,即目标函数,其表达式如下:Fmin=i=1nj=1mfij(Tij)式中:n 为船舶数量的数值;m 为每艘船舶的推进器数量的数值;fij为船舶在不同的航速下每单位推力消耗的能量的数值;Tij为第 i 艘船舶中第 j 个推进器的推力大小的数值。其次
8、,确定约束条件。除了要最小化能耗外,还需要考虑一些实际情况下的约束条件,比如每艘船舶的总推力不能超过其最大推力,每个推进器的推力大小必须在一定范围内。从而可以建立数学模型Fmin=i=1nj=1mfij(Tij),其约束条件为:s.t.j=1mTijTmax,i(i=1,2,n),第 i 艘船舶的总推力不超过其最大推力;s.t.TminTijTmax,i(i=1,2,n;j=1,2,m),每个推进器的推力大小必须在一定范围内。其中,Tmax,i为第 i 艘船舶的最大推力的数值,Tmin和 Tmax为每个推进器的推力最小值和最大值。2推力分配优化算法研究在推力分配问题中,需要优化目标函数并满足约
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 船舶 定位 系统 推力 分配 方法 策略 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。