船用起重機主動升沉補償預(yù)報算法與實驗研究.pdf

1、具有主動升沉補償系統(tǒng)的船用起重機是智能化的海洋工程裝備，能夠補償因風、浪、流等環(huán)境因素干擾而引起的吊物升沉擾動，從而保障海上吊裝的安全性。但在實際補償控制中，傳感器與執(zhí)行機構(gòu)間存在時滯現(xiàn)象，造成系統(tǒng)的控制品質(zhì)變差，嚴重影響控制系統(tǒng)的補償精度。如果能提前準確預(yù)報出未來短期內(nèi)的升沉運動值，并提前根據(jù)預(yù)報值輸出控制指令，這將使得升沉補償系統(tǒng)跳過“死區(qū)”，從而提高該系統(tǒng)的補償精度和穩(wěn)定性。因此，開展船用起重機升沉運動預(yù)報算法的研究，將對主動升沉

2、補償技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論意義與實用價值。
　　本文采用理論研究、計算機建模仿真與實驗分析相結(jié)合的研究方法對船用起重機主動升沉補償預(yù)報算法進行研究。主要完成的研究工作如下：
　　首先，深入分析了船用起重機出繩點升沉運動時間序列的內(nèi)在特性，根據(jù)時間序列的混沌特征參數(shù)，證明了船用起重機出繩點升沉運動時間序列具有混沌特性，利用相空間重構(gòu)技術(shù)對升沉運動序列進行重構(gòu)后建立了最小二乘支持向量機(LSSVM)的多步預(yù)報模型，采用不同浪向

3、角下的升沉運動序列進行預(yù)報仿真，仿真結(jié)果表明，與單一的LSSVM預(yù)報模型相比，基于混沌理論與LSSVM的預(yù)報模型，充分挖掘了船用起重機出繩點升沉運動時間序列所蘊含的變化特性及規(guī)律，預(yù)報結(jié)果更加準確。
　　其次，從極限學習機與序貫極限學習機（OSELM）的原理及基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，建立了混沌理論與OSELM的組合預(yù)報模型（COSELM），針對該預(yù)報模型仿真結(jié)果的不穩(wěn)定性，提出了一種基于OSELM的優(yōu)化算法——增強搜索序貫極限學習機（ES-

4、OSELM），它能利用誤差最小化方法優(yōu)化選擇極限學習機的隱藏層神經(jīng)元數(shù)。應(yīng)用混沌理論與ES-OSELM組合預(yù)報模型(CES-OSELM)對升沉運動時間序列進行了20秒的超前預(yù)報，仿真結(jié)果表明，基于 CES-OSELM的模型比COSELM的預(yù)報模型具有更好的穩(wěn)定性和更高的預(yù)報精度。
　　最后，為檢驗以上預(yù)報算法的實時性和準確性，研制了一套船用起重機升沉運動預(yù)報半物理仿真實驗系統(tǒng)，包括三自由度船舶運動模擬實驗臺、起重機起吊機構(gòu)和實驗臺