半潛式平臺DP系統(tǒng)的推力優(yōu)化分配策略研究.pdf

1、動力定位(DP)系統(tǒng)對在深海作業(yè)的船舶（如鉆井平臺、起重船等）來說尤為重要。其主要工作是可以使船舶在推進器的作用下保持艏向和位置不變或使船舶沿著預(yù)定軌跡運動。推進系統(tǒng)是船舶動力定位系統(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器，并且滿足能耗最小的要求。
　　近年來智能優(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)勢和缺點，一個優(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的混合粒子群優(yōu)化算法。
　　以配備8個全回轉(zhuǎn)推進器半潛式平臺為研究對象，用混合粒子群優(yōu)化算法，對半潛式平臺的推力分配優(yōu)化技術(shù)展開研究。仿真均在MATLAB環(huán)境下進行。
　　首先，建立了半潛式平臺的數(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動可用運動數(shù)學(xué)模型表述。在選取所需要的坐標系的基礎(chǔ)上，建立船舶動力學(xué)和運動學(xué)模型，并設(shè)計PID控制器進行數(shù)學(xué)模型仿真驗證。
　　其次，建立推力分配模型和改進推力分配算法。在概述了推力分配問題的基礎(chǔ)上，詳細描述了半潛式鉆井平臺的推進器布置和執(zhí)行限制;建立了推進器的數(shù)學(xué)模型。為了改進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準粒子群算法中;并將算法中的慣性

4、權(quán)重和學(xué)習(xí)因子線性化;用測試函數(shù)對改進后的混合粒子群算法進行數(shù)值驗證;仿真結(jié)果說明混合粒子群算法的有效性。確定了半潛式平臺的目標函數(shù)之后，設(shè)計了混合粒子群算法進行推力分配的過程，為進一步的推力分配仿真做準備。
　　再次，對推力分配優(yōu)化算法進行仿真。在兩種不同的環(huán)境干擾力下，即在兩種不同海況進行仿真驗證;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)