基于SQP算法的動(dòng)力定位推力分配的研究.pdf

1、動(dòng)力定位是船舶依靠自身的動(dòng)力,在控制系統(tǒng)的指揮下抵抗外界的干擾(風(fēng)、浪和海流等),使其保持某一位置和艏向。推力分配單元是動(dòng)力定位系統(tǒng)的重要組成部分,其主要職責(zé)是按照動(dòng)力定位控制器輸出的橫向、縱向合力和艏向回轉(zhuǎn)力矩指令,合理地為各個(gè)推進(jìn)器分配推力。本文以16000噸深水鋪管起重船為研究對(duì)象,以序列二次規(guī)劃法為基礎(chǔ),提出一種合理高效地解決動(dòng)力定位系統(tǒng)推力分配問(wèn)題的方法。
　　 首先,本文給出環(huán)境陣風(fēng)和船舶運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型,并設(shè)計(jì)PID控

2、制器,控制器根據(jù)艏向和位置偏差計(jì)算所需的推力指令,將其傳遞給推力分配單元,并對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。本文根據(jù)推力分配優(yōu)化問(wèn)題基礎(chǔ)知識(shí),建立推力分配的數(shù)學(xué)模型,并詳細(xì)介紹了螺旋槳推進(jìn)器推力和扭矩的計(jì)算、槳-槳干擾的原因和處理、SQP算法的基本思想。
　　 然后,根據(jù)推力分配問(wèn)題的目標(biāo)和限制條件,建立推力分配問(wèn)題的非線性目標(biāo)函數(shù)。整個(gè)推力優(yōu)化分配的目標(biāo)是最小化推進(jìn)系統(tǒng)的能耗,包括燃油消耗、推力誤差等;同時(shí)還考慮到推進(jìn)器的推力極

3、限、最大推力變化速率、最大旋轉(zhuǎn)速率、推進(jìn)器推力的禁區(qū)等因素。針對(duì)此目標(biāo)函數(shù),本文用一個(gè)嚴(yán)格凸的二次規(guī)劃子問(wèn)題代替序列二次規(guī)劃中的子問(wèn)題,并對(duì)序列二次規(guī)劃算法用罰函數(shù)和一維搜索進(jìn)行修正,設(shè)計(jì)了一套高效的推力分配優(yōu)化算法。整個(gè)推力分配算法用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。
　　 最后,本文對(duì)該推力分配優(yōu)化算法進(jìn)行仿真,仿真證明了序列二次規(guī)劃算法在推力分配應(yīng)用上的成功。為說(shuō)明序列二次規(guī)劃算法應(yīng)用在推力分配問(wèn)題上的優(yōu)缺點(diǎn),在同一控制器和仿真環(huán)境下,將其