船舶动力定位系统推力分配优化算法研究

作     者：郭俊伟 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贾宝柱;李一

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 082402[工学-轮机工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：动力定位 推力分配 粒子群算法 混合优化算法 

摘      要：随着人们的海洋活动从浅海走向深海,传统的锚泊技术已经不能满足船舶深海作业的需求,动力定位技术逐渐的被应用于船舶上。动力定位是依靠船舶自身装备的各种传感器自动检测船舶的位置偏差和外界风、浪、流的干扰,在控制器的作用下由船舶的推力系统产生相应横向合力、纵向合力和回转力矩来抵消外界的干扰,使船舶保持在目标位置和艏向。推力分配单元是将所需要的合力和合力矩合理的分配给各个推进器。本文的研究对象为海洋石油***船舶,船舶具有复杂的推进系统,能在多种模式下工作,本文主要研究动力定位模式下的推力分配。首先,本文给出了系统数学模型,包括船舶数学模型,风、浪、流等环境载荷模型及推进系统的数学模型,根据推进器的特点结合问题实际给出了优化问题的目标函数及约束条件。然后,介绍了粒子群优化算法和遗传算法,针对粒子群优化算法容易陷入局部最优的问题,根据遗传算法的优势设计出了基于遗传算法的粒子群优化算法,并用基准函数对混合算法进行了测试,取得了较好的效果,表明了混合算法的有效性。最后,在MATLAB/Simulink仿真环境中搭建了船舶动力定位系统推力分配仿真模型,针对不同的海洋环境对比分析了粒子群优化算法和混合优化算法,结果证明混合优化算法能够有效的完成对控制器推力指令的推力分配,且能量消耗更少,并分析了不同算法参数对优化结果的影响。