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一种无需指定船舶位置的新型船舶大规模自主编队方法

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中国舰船研究 2024年第1期19卷 191-199页

作者：丁明王磊丁英王一听上海交通大学海洋工程全国重点实验室上海200240 上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 新疆大学电气工程学院新疆乌鲁木齐830046

[目的]针对船舶大规模编队通信量大、编队速度慢、不便于扩充等问题,提出一种新型的虚拟壁面编队方法。[方法]使用局部通信,根据自然规律,设定虚拟作用力驱使船舶向目标位置集合,并通过虚拟壁面调整队形,从而实现船舶编队的目的。[结果... 详细信息

[目的]针对船舶大规模编队通信量大、编队速度慢、不便于扩充等问题,提出一种新型的虚拟壁面编队方法。[方法]使用局部通信,根据自然规律,设定虚拟作用力驱使船舶向目标位置集合,并通过虚拟壁面调整队形,从而实现船舶编队的目的。[结果]结果表明,所提方法能够按照“就近原则”快速地完成编队,通信量低且不随编队规模而增加。通过对船舶编队的静态、动态、旋转、缩放和避障的仿真验证了这种算法的有效性。[结论]所提虚拟壁面法具有通信量低、编队速度快、扩充简单等优势,在船舶大规模编队中具有明显优势。

关键词：船舶编队虚拟壁面法集群控制分布式控制避障

执行器饱和情况下的动力定位船自适应轨迹跟踪控制

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舰船科学技术 2024年第16期46卷 43-50页

作者：范锦宇唐利纲王磊王一听上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院海南三亚572000

本文研究了在环境扰动和执行器饱和影响下,受到状态约束的动力定位(Dynamic Positioning, DP)船的轨迹跟踪问题。首先,针对未知环境扰动的影响,构造了一种基于积分滑模和固定时间控制的连续固定时间扰动观测器(Fixed-time Disturbance O... 详细信息

本文研究了在环境扰动和执行器饱和影响下,受到状态约束的动力定位(Dynamic Positioning, DP)船的轨迹跟踪问题。首先,针对未知环境扰动的影响,构造了一种基于积分滑模和固定时间控制的连续固定时间扰动观测器(Fixed-time Disturbance Observer, FTDO)。其次,采用带辅助变量的抗饱和补偿器来处理指令控制力和实际控制力之间不一致的问题。再次,基于tan型障碍李雅普诺夫函数(Barrier Lyapunov Function, BLF)和神经网络(Radial Basis Function Neural Network, RBFNN)开发了一种具有状态约束的自适应控制律来跟踪期望轨迹。最后,通过仿真验证了提出的DP船观测器和控制器的有效性。

关键词：动力定位自适应控制执行器饱和环境扰动

基于Skempton公式的沉船打捞过程安全性分析

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上海交通大学学报 2023年第S01期57卷 94-107页

作者：潘洁王磊王一听周东荣朱小东上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院海南三亚572025 交通运输部上海打捞局上海200090

为评估整体打捞作业安全性,以“长江口二号”打捞系统为研究对象,基于三维势流理论及Skempton公式建立了沉船整体打捞过程耦合动力响应特性数值模型.该模型经实测验证,被用于沉船打捞全过程安全性分析.研究结果表明:整体打捞过程需特别... 详细信息

为评估整体打捞作业安全性,以“长江口二号”打捞系统为研究对象,基于三维势流理论及Skempton公式建立了沉船整体打捞过程耦合动力响应特性数值模型.该模型经实测验证,被用于沉船打捞全过程安全性分析.研究结果表明:整体打捞过程需特别关注离底和部分出水两个阶段打捞系统的运动响应以及提升缆、系泊缆张力的变化.随着波高和谱峰周期的增加,打捞系统运动响应和缆绳张力极值增大.浪向对打捞系统六自由度运动的影响较为复杂,斜浪作用下提升缆的张力极值明显增加.根据缆绳安全系数的计算,制定打捞方案时,要选择适当的提升速度,避免在20°~70°的浪向下进行打捞作业.

关键词：沉船打捞 Skempton公式耦合分析安全性分析

基于MPC的多无人船系统分布式协同控制策略研究

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舰船科学技术 2022年第19期44卷 82-89页

作者：彭涛王磊王一听上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

针对多无人船系统的路径跟踪和编队控制问题,本文提出一种分布式协同控制策略,基于模型预测控制算法为各子系统设计独立的控制器,通过实时迭代框架实现系统之间的一致性。同时,将上层运动控制与底层推力分配进行一体化集成,实现对推力... 详细信息

针对多无人船系统的路径跟踪和编队控制问题,本文提出一种分布式协同控制策略,基于模型预测控制算法为各子系统设计独立的控制器,通过实时迭代框架实现系统之间的一致性。同时,将上层运动控制与底层推力分配进行一体化集成,实现对推力器的直接控制和约束条件一致化。数值模拟结果显示所提策略能够提高系统对外部环境变化的适应性,减少计算成本25.02%并降低能耗6.89%,对于包含多个子系统的大规模协同控制问题具有一定的实际应用价值。

关键词：多无人船系统模型预测控制分布式协同控制控制分配集成

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动力定位船舶鲁棒控制策略研究

舰船科学技术 2023年第23期45卷 115-121页

作者：孔宇王一听王磊唐利纲上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 崖州湾深海科技研究院海南三亚572000

针对模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)应用在动力定位上时,存在的参数整定困难问题,提出一种基于非线性干扰观测器的模糊MPC策略。该策略通过模糊控制算法实现模型参数自整定,并在此基础上设计了一种非线性干扰观测器用于估... 详细信息

针对模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)应用在动力定位上时,存在的参数整定困难问题,提出一种基于非线性干扰观测器的模糊MPC策略。该策略通过模糊控制算法实现模型参数自整定,并在此基础上设计了一种非线性干扰观测器用于估计未知的环境力,进一步提升控制系统鲁棒性从而实现对环境力的补偿。研究结果表明,相比于传统的MPC,该策略能够有效提升动力定位系统的控制精度达26.6%左右,且极大降低了模型参数整定的复杂性,对于动力定位船MPC算法的应用,具有一定参考价值。

关键词：动力定位模型预测控制模糊控制参数整定方式非线性干扰观测器

基于视线制导和PID控制的欠驱动船舶首摇抑制策略研究

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舰船科学技术 2022年第20期44卷 54-59页

作者：郭佳宝彭涛王磊王一听上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院海南三亚572000

大型船舶过弯时,若首摇方向与期望航向相反,由于首摇惯性会使船舶失控。对此,提出一种欠驱动船舶的首摇抑制策略,首先建立船舶水平面三自由度模型,利用视线制导将欠驱动船舶的路径跟踪问题转化为航向控制问题,通过在PID控制中添加首摇... 详细信息

大型船舶过弯时,若首摇方向与期望航向相反,由于首摇惯性会使船舶失控。对此,提出一种欠驱动船舶的首摇抑制策略,首先建立船舶水平面三自由度模型,利用视线制导将欠驱动船舶的路径跟踪问题转化为航向控制问题,通过在PID控制中添加首摇抑制项,设计基于视线制导和PID控制的首摇抑制器。仿真结果表明,提出的策略同时适用于直线和曲线航段,能有效减小过弯时船舶的最大垂向误差(49.8%)、平均垂向误差(56.2%)、最大航向角误差(43.6%)和平均航向角误差(42.9%),提高路径跟踪精度,可降低首摇角速度和舵角的变化幅度,具有一定的应用价值。

关键词：欠驱动船舶路径跟踪视线制导 PID控制首摇抑制

半潜平台浮托安装水动力响应特性数值模拟与模型试验研究

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舰船科学技术 2023年第22期45卷 97-104页

作者：杨易凡彭涛王磊王一听上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 三亚崖州湾深海科技研究院海南三亚572000

半潜式平台(Semi-Submersible Platform, SEMI)是海洋石油天然气开发中钻井和生产中常见的浮式平台,随着海洋资源的不断开发,浮托安装作为一种省时省力的新型模块安装法逐渐成为主流。本文以半潜平台上部组块浮托安装过程为研究对象,以... 详细信息

半潜式平台(Semi-Submersible Platform, SEMI)是海洋石油天然气开发中钻井和生产中常见的浮式平台,随着海洋资源的不断开发,浮托安装作为一种省时省力的新型模块安装法逐渐成为主流。本文以半潜平台上部组块浮托安装过程为研究对象,以数值模拟和模型试验为研究手段,针对不同海况条件,探究半潜平台在浮托安装船进船过程中的水动力响应特性,并对平台是否会发生触底进行评估。结果表明,Newman近似法得到的垂荡运动结果与全QTF法误差较大,后者与模型试验吻合更好;本文平台不会发生触底现象,可以安全进行浮托安装作业,研究结果为实际工程安装提供数据支持与有力支撑。

关键词：浮托安装半潜平台运动响应全QTF法

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浮体自由衰减运动阻尼识别方法误差分析

海洋工程 2022年第3期40卷 52-60页

作者：杨立军赵亮王一听王磊秦立成上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 中国舰船研究设计中心湖北武汉430064 海洋石油工程股份有限公司天津300461

讨论了使用Froude法和Faltinsen法识别线性和非线性阻尼系数时的系统误差。通过回顾两种方法的推导过程,论证了方法的内在假设,并量化两种方法的系统误差。为减少识别过程误差,文中提出了直接积分法,并依据数值与试验数据,讨论了3种识... 详细信息

讨论了使用Froude法和Faltinsen法识别线性和非线性阻尼系数时的系统误差。通过回顾两种方法的推导过程,论证了方法的内在假设,并量化两种方法的系统误差。为减少识别过程误差,文中提出了直接积分法,并依据数值与试验数据,讨论了3种识别方法识别结果。结果表明,Froude法相比于Faltinsen法能更好地预报线性和非线性阻尼系数。对于低阻尼浮体问题,Froude法和Faltinsen法可以给出相对准确的预测,而对于强阻尼浮体问题,Froude法与Faltinsen法在确定的线性和非线性阻尼系数中会给出大于5%的系统误差,而直接积分法展示了较高的识别精度。

关键词：非线性阻尼自由衰减运动 Froude法 Faltinsen法直接积分法

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服装褶皱形态的参数化表征方法

纺织学报 2024年第6期45卷 149-154页

作者：王一品李小辉东华大学服装与艺术设计学院上海200051 东华大学现代服装设计与技术教育部重点实验室上海200051

在服装结构设计趋向智能化与自动化的背景下,褶皱形态的量化表征存在种类繁杂、影响因素多等问题。通过分析服装褶皱形成的影响因素,提出基于款式特征参数的褶皱形态量化表征方法,建立服装褶皱形态二维平面款式与三维结构间的映射关系... 详细信息

在服装结构设计趋向智能化与自动化的背景下,褶皱形态的量化表征存在种类繁杂、影响因素多等问题。通过分析服装褶皱形成的影响因素,提出基于款式特征参数的褶皱形态量化表征方法,建立服装褶皱形态二维平面款式与三维结构间的映射关系。选取了比较典型的6种褶皱形态,制作了5款裙装,在满足同一面料、裙长、纱线方向及观察视角的条件下,进行14个款式特征参数量化估计值与测量值对照实验,得到22组实验数据。结果表明,本文方法能有效约束和描述不同褶皱类型,且量化估计值与测量值在95%的置信区间下具有显著相关性。该量化方法直观准确,灵活高效,具有普遍适用性和工程实用性,能有效地实现服装褶皱形态的量化表征。

关键词：服装褶皱褶皱形态参数化表征结构设计智能制版服装工程

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