推力分配是動力定位控制算法中的重要組成部分,在滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的物理約束和任務(wù)使用約束的同時(shí)將高層控制器的指令轉(zhuǎn)化為底層執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制輸入,實(shí)現(xiàn)期望控制指令的最優(yōu)化實(shí)施。文章采用改進(jìn)的推力分配算法對配備直翼推進(jìn)器的船舶進(jìn)行約束條件下的推力分配優(yōu)化研究,并以某型工程船為背景進(jìn)行仿真驗(yàn)證,結(jié)果表明相比邏輯算法該優(yōu)化算法效果更佳。 

【文章來源】：船舶工程. 2020,42(S1)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

動力定位系統(tǒng)各控制單元連接關(guān)系圖傳統(tǒng)的邏輯分配算法往往都是基于螺旋槳為低層

，T2=0；當(dāng)T12≤0時(shí)，T1=0，T2=T12。圖7船體坐標(biāo)系下推進(jìn)器的布置采用式（15）的推力分配優(yōu)化模型，選取目標(biāo)函數(shù)中：功率權(quán)值系數(shù)K=500，推力誤差矩陣Q=[100010001000]。海洋環(huán)境設(shè)置為四級海況：風(fēng)速8m/s，風(fēng)向角15°，流速1.5m/s，流向角10°，浪向角15°（風(fēng)浪流同向，且去向?yàn)檎�。設(shè)置船舶初始位置為(0,0)，目標(biāo)位置為(10,10)，期望艏向10°，仿真時(shí)間為400s。5.1改進(jìn)的推力分配算法仿真圖8和圖9為船舶運(yùn)動狀態(tài)圖，包括橫縱方向和轉(zhuǎn)艏方向的位置與速度，船舶最終穩(wěn)定于所期望的位置（北向10m，東向10m，艏向角10°），其定位效果表明所建立的動力定位系統(tǒng)的可行性。圖10和圖11為艏側(cè)推和直翼推進(jìn)器的狀態(tài)變化曲線，表明該算法可以實(shí)現(xiàn)較高精度的推力分配問題。圖12為運(yùn)動過程中的總功率消耗，表明對推力分配目標(biāo)函數(shù)的建立是以功耗最優(yōu)為基礎(chǔ)的。5.2改進(jìn)的推力分配算法與傳統(tǒng)邏輯算法仿真對比采用相同的仿真條件，將改進(jìn)的推力分配算法與傳統(tǒng)邏輯算法進(jìn)行對比。仿真結(jié)果如圖13～圖15所示。圖13為直翼推進(jìn)器在兩種算法下推力大小與方位角的仿真對比，可以看出，采用改進(jìn)的推力分配算法指令幅值和頻率更孝更平滑，而邏輯分配算法由于沒有進(jìn)行優(yōu)化求解，因此指令平滑度以及準(zhǔn)確性較差。圖14兩種算法下控制指令與分配指令的誤差，可以看出改進(jìn)的推力分配算法誤差較小，能夠更高精度的滿足分配需求。圖15為兩種算法下的功耗比較，顯然采用邏輯算法進(jìn)行推力分配的能耗更多，而改進(jìn)后的算法能耗則相對較少，表明了改進(jìn)后的算法能夠更快找到最優(yōu)?

一種基于直翼推進(jìn)器的動力定位推力分配方法優(yōu)化研究—168—仿真時(shí)間/s仿真時(shí)間/s圖9船舶運(yùn)動軌跡圖101#側(cè)推的推力大小與方位角圖113#直翼推進(jìn)器的推力大小與方位角圖12改進(jìn)的推力分配優(yōu)化算法系統(tǒng)能量總消耗a)傳統(tǒng)邏輯推力分配算法b)改進(jìn)的推力分配算法圖133#直翼推進(jìn)器推力與方位角圖14兩種算法指令誤差對比圖15兩種算法能量消耗對比表2為改進(jìn)的推力分配算法與傳統(tǒng)邏輯分配算法量化對比，表中的推進(jìn)器推力變化頻次指的是直翼推進(jìn)器偏心率的波峰出現(xiàn)的次數(shù)。因?yàn)樵诒痉抡嬷�，直翼推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速固定，偏心率的變化頻次可一定程度上反映推力變化的頻繁程度。從表中可以看出，在設(shè)定的定位工況下改進(jìn)后的推力分配算法不僅在分配精仿真時(shí)間/s仿真時(shí)間/sα3/(°)T3/kNα3/(°)仿真時(shí)間/s仿真時(shí)間/sT3/kNT3/kNα3/(°)仿真時(shí)間/s仿真時(shí)間/s仿真時(shí)間/s能量消耗/kW仿真時(shí)間/ss3/kNs2/kNs1/kNx/my/m仿真時(shí)間/s能量消耗/kWT1/kNα1/(°)

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]船舶動力定位系統(tǒng)推力估計(jì)與推力分配研究[D]. 魏玉石.哈爾濱工程大學(xué) 2013

碩士論文
[1]船舶推力分配多步優(yōu)化算法研究[D]. 張曉迪.上海交通大學(xué) 2015
[2]DP系統(tǒng)的推力分配優(yōu)化算法研究[D]. 金超.哈爾濱工程大學(xué) 2013
[3]鋪管起重船動力定位系統(tǒng)推力分配方法研究[D]. 郭峰.哈爾濱工程大學(xué) 2012
[4]基于SQP算法的動力定位推力分配的研究[D]. 李立國.哈爾濱工程大學(xué) 2011
[5]DP推進(jìn)系統(tǒng)水動力干擾及最優(yōu)推力分配算法研究[D]. 楊世知.上海交通大學(xué) 2010



本文編號：3479459