半潛式平臺(tái)DP系統(tǒng)的推力優(yōu)化分配策略研究.pdf

1、動(dòng)力定位(DP)系統(tǒng)對(duì)在深海作業(yè)的船舶（如鉆井平臺(tái)、起重船等）來(lái)說尤為重要。其主要工作是可以使船舶在推進(jìn)器的作用下保持艏向和位置不變或使船舶沿著預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)。推進(jìn)系統(tǒng)是船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)的重要組成部分。推力分配單元將控制系統(tǒng)輸出的縱向、橫向和艏搖方向上的控制指令合理高效的分配給各推進(jìn)器，并且滿足能耗最小的要求。
　　近年來(lái)智能優(yōu)化算法在推力分配問題方面得到應(yīng)用和發(fā)展。遺傳算法是一種基于復(fù)制、交叉和變異的進(jìn)化優(yōu)化算法。粒子群優(yōu)化算法是

2、一種利用慣性權(quán)重、學(xué)習(xí)因子和基于模糊規(guī)則的突變概率實(shí)現(xiàn)其功能的群體智能算法。眾所周知，每種算法都有其自身的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，一個(gè)優(yōu)化算法不可能解決所有的優(yōu)化問題。因此，本文利用混合優(yōu)化方式提出一種魯棒性更強(qiáng)的混合粒子群優(yōu)化算法。
　　以配備8個(gè)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器半潛式平臺(tái)為研究對(duì)象，用混合粒子群優(yōu)化算法，對(duì)半潛式平臺(tái)的推力分配優(yōu)化技術(shù)展開研究。仿真均在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行。
　　首先，建立了半潛式平臺(tái)的數(shù)學(xué)模型。船舶在自身推力和所受到

3、的環(huán)境干擾力共同作用下的運(yùn)動(dòng)可用運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型表述。在選取所需要的坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，建立船舶動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并設(shè)計(jì)PID控制器進(jìn)行數(shù)學(xué)模型仿真驗(yàn)證。
　　其次，建立推力分配模型和改進(jìn)推力分配算法。在概述了推力分配問題的基礎(chǔ)上，詳細(xì)描述了半潛式鉆井平臺(tái)的推進(jìn)器布置和執(zhí)行限制;建立了推進(jìn)器的數(shù)學(xué)模型。為了改進(jìn)粒子群算法容易陷入局部最優(yōu)和后期收斂速度慢的缺陷，將遺傳算法中的傳統(tǒng)交叉、復(fù)合交叉和突變加入到標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法中;并將算法中的慣性

4、權(quán)重和學(xué)習(xí)因子線性化;用測(cè)試函數(shù)對(duì)改進(jìn)后的混合粒子群算法進(jìn)行數(shù)值驗(yàn)證;仿真結(jié)果說明混合粒子群算法的有效性。確定了半潛式平臺(tái)的目標(biāo)函數(shù)之后，設(shè)計(jì)了混合粒子群算法進(jìn)行推力分配的過程，為進(jìn)一步的推力分配仿真做準(zhǔn)備。
　　再次，對(duì)推力分配優(yōu)化算法進(jìn)行仿真。在兩種不同的環(huán)境干擾力下，即在兩種不同海況進(jìn)行仿真驗(yàn)證;仿真結(jié)果證明了混合粒子群算法在推力分配應(yīng)用上的正確性。對(duì)比了序列二次規(guī)劃法(SQP)的推力分配;并討論了種群中最大迭代次數(shù)和種群規(guī)