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基于高阶递归神经网络的AUV鲁棒控制方法

装备环境工程 2024年第2期21卷 81-88页

作者：李政远王俊雄上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

目的提出一种基于高阶递归神经网络的AUV鲁棒控制方法。方法利用结构简单但逼近效果优越的高阶递归神经网络,对建模不确定性和外部未知干扰进行估计,并将其补偿到输入控制律中,以提高控制性能。之后,基于HJI理论和Lyapunov稳定性分析... 详细信息

目的提出一种基于高阶递归神经网络的AUV鲁棒控制方法。方法利用结构简单但逼近效果优越的高阶递归神经网络,对建模不确定性和外部未知干扰进行估计,并将其补偿到输入控制律中,以提高控制性能。之后,基于HJI理论和Lyapunov稳定性分析导出神经网络权重自适应更新律和AUV自适应控制律,设计反步滑模方法作为对比方法,并进行仿真实验。结果设计的基于高阶递归神经网络的AUV鲁棒控制方法的跟踪误差、调节时间等控制指标均优于反步滑模方法。设计的鲁棒控制方法可以控制AUV精确跟踪目标轨迹,同时具有优秀的控制性能和鲁棒性。结论这一研究为AUV轨迹跟踪控制领域提供了一种高效且有效的方法,有望在复杂、不确定的水下环境中得到应用。

关键词：自主水下航行器轨迹跟踪高阶递归神经网络 HJI理论鲁棒控制 Lyapunov稳定性分析

基于贝叶斯理论和条件协同模拟的海上风电场土体参数空间变异性表征

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岩土工程学报 2024年第8期46卷 1644-1654页

作者：徐加宝张泽超张璐璐曹子君王宇张一凡张德陈杨明上海交通大学土木工程系海洋工程国家重点实验室上海200240 香港城市大学建筑学及土木工程学系中国香港999077 中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院北京100038 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室上海200240 西南交通大学智慧城市与交通学院高速铁路线路工程教育部重点实验室四川成都611756

海上风电场土体参数的空间变异性表征对海上风电工程具有重要意义,多源土体参数融合可降低表征结果的不确定性。然而,现有方法无法利用非同位多源土体参数数据,且不考虑统计不确定性对空间变异性表征的影响。为此,提出了基于贝叶斯理论... 详细信息

海上风电场土体参数的空间变异性表征对海上风电工程具有重要意义,多源土体参数融合可降低表征结果的不确定性。然而,现有方法无法利用非同位多源土体参数数据,且不考虑统计不确定性对空间变异性表征的影响。为此,提出了基于贝叶斯理论的条件协同模拟方法,该方法根据非同位多源土体参数数据,利用贝叶斯理论估计交叉变异函数,再利用条件协同模拟方法生成大量土体参数空间分布的模拟样本,表征参数空间变异性,表征过程中合理地考虑模型参数的统计不确定性。以某海上风电场为工程背景,利用提出的方法融合无侧限抗压强度(qu)和标准贯入试验(SPT)击数N值,表征qu的空间变异性。结果表明:提出的方法可以根据有限非同位的qu和N值数据,表征qu的空间变异性,合理地反映了有限数据条件下统计不确定性的影响。此外,利用强信息先验分布或者融合标准贯入数据,可以降低变异函数模型参数统计不确定性和条件协同模拟结果的不确定性。

关键词：海上风电场空间变异性条件协同模拟贝叶斯理论多源数据融合

船舶氢电混合动力系统建模与全生命周期碳排放评价

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中国舰船研究 2024年第4期19卷 122-130页

作者：褚玥陈俐管聪上海交通大学海洋工程全国重点实验室上海200240 武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室湖北武汉430063

[目的]为全面评价氢电混合动力船舶的碳减排能力,提出全生命周期碳排放评价方法。[方法]首先,基于Matlab/Simulink平台建立动力系统能量流模型;然后,计算实船营运工况下的耗氢量和耗电量,进而得出全生命周期碳排放量;最后,针对不同电能... 详细信息

[目的]为全面评价氢电混合动力船舶的碳减排能力,提出全生命周期碳排放评价方法。[方法]首先,基于Matlab/Simulink平台建立动力系统能量流模型;然后,计算实船营运工况下的耗氢量和耗电量,进而得出全生命周期碳排放量;最后,针对不同电能来源和氢气来源,对碳排放进行敏感性分析。[结果]某内河渡轮的计算结果表明,相较于传统柴油动力系统,氢电混合动力系统在一个营运周期内可以减少30.24%的碳排放。敏感性分析结果表明,氢电混合动力系统的全生命周期碳排放并非必然优于传统柴油动力系统,故建议采用可再生能源进行制氢和发电,以大幅降低碳排放量(最多可减少94.2%)。[结论]研究成果可为绿色船舶的动力系统设计提供参考。

关键词：氢电混合动力系统能量流模型全生命周期碳排放评价

基于频域方法的漂浮式风机水动力-气动力-控制耦合动力响应特性研究

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上海交通大学学报 2024年

作者：京炅琳许玉旺杨舟宋斌张萌萌任浩杰上海交通大学海洋工程国家重点实验室

风浪流联合作用下浮式风机动力响应时域计算方法已经得到较为充分的研究和发展，但是由于其计算效率相对较低，在浮式风电场机组排布优化以及浮式风机和系泊系统初步设计方案优化中应用时需要巨大计算资源，因此本文聚焦于可实现浮式风... 详细信息

风浪流联合作用下浮式风机动力响应时域计算方法已经得到较为充分的研究和发展，但是由于其计算效率相对较低，在浮式风电场机组排布优化以及浮式风机和系泊系统初步设计方案优化中应用时需要巨大计算资源，因此本文聚焦于可实现浮式风机动力响应快速计算的频域分析方法，其能够同时考虑一阶和二阶波浪载荷、风轮脉动风载荷、细长杆件粘性载荷、系泊系统以及风机变桨控制策略等多种环境载荷因素。首先，针对风机额定以下作业、变桨作业以及停机等不同工况，将频域方法计算结果与Orcaflex软件时域预报结果进行了对比分析，二者在动态响应频谱及统计值方面都有较好的一致性，验证了本文频域分析方法的适用性及准确性，能够为浮式风机的初步设计及参数敏感性分析提供可靠的参考价值；进一步，基于该频域方法，研究了风浪参数、二阶波浪力以及是否考虑风机控制策略对浮式风机动力响应特性的影响。

关键词：浮式风机频域方法载荷线性化动力响应二阶波浪力

基于弹性连接的FPSO上部模块整体减振技术

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中国舰船研究 2024年第3期19卷 278-291页

作者：黄雨促何炎平仇明刘亚东李铭志上海交通大学海洋工程全国重点实验室上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海交通大学海洋装备研究院上海200240 启东中远海运海洋工程有限公司江苏启东226259

[目的]针对浮式生产储卸油装置(FPSO)作业时上部模块的振动响应,为减少振动能量向船体的传递,同时改进上部模块与船体之间的连接,提出一种基于上部模块与船体弹性连接的整体减振技术。[方法]首先,利用弹性支座将上部模块与船体进行弹性... 详细信息

[目的]针对浮式生产储卸油装置(FPSO)作业时上部模块的振动响应,为减少振动能量向船体的传递,同时改进上部模块与船体之间的连接,提出一种基于上部模块与船体弹性连接的整体减振技术。[方法]首先,利用弹性支座将上部模块与船体进行弹性连接,根据FPSO在作业海域加速度响应预报的极值来确定弹性支座的设计载荷和内部结构;然后,采用有限元方法分析弹性支座的受力与变形特性,并通过线性拟合获得弹性支座的等效刚度;最后,将弹性支座等效为线性弹簧,分别通过数值模拟和理论分析来研究模块结构的振动响应和弹性支撑系统的动力传递特性。[结果]结果表明:应用该减振技术之后,上部模块的减振效率高达30%以上,同时还可使船体取得良好的隔振效果。[结论]该研究成果可为海洋结构物上部模块的整体减振设计和应用提供参考。

关键词：浮式生产储卸油装置上部模块弹性连接整体减振

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新型双体无人测量艇静水阻力性能预报与航态优化

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上海交通大学学报 2024年第2期58卷 166-174页

作者：蔡君蕾姚天成刘宏万立健万军樊翔赵永生上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 自然资源部第二海洋研究所极地深海技术研究院浙江310012 上海交通大学海洋装备研究院高技术船海装备创新研发中心上海200240 上海达华测绘科技有限公司上海200120 上海船舶研究设计院上海201203

为得到一艘新型双体无人测量艇的阻力性能和经济航态,分别利用模型试验、经验公式和计算流体力学(CFD)方法对该艇进行阻力预报和阻力成分分析.运用CFD方法进一步探究工作航速下船体的不同重心纵向位置对船体阻力、纵倾和船周波形的影响... 详细信息

为得到一艘新型双体无人测量艇的阻力性能和经济航态,分别利用模型试验、经验公式和计算流体力学(CFD)方法对该艇进行阻力预报和阻力成分分析.运用CFD方法进一步探究工作航速下船体的不同重心纵向位置对船体阻力、纵倾和船周波形的影响,还为多波束声学设备选取了合适的船体安装位置.结果表明,CFD方法能精确完整地预报双体测量艇从低航速排水到高航速滑行的航态变化和阻力特性,而经验公式法主要适用于测量艇航速较低(F_(r▽)<1.5)时的阻力预报.在4~6 kn测量航速下,该艇的阻力经济航态约为尾倾1.4°,此时在片体间距离船尾约0.3~0.5个船长位置处存在一个相对稳定的高液位区域,适合作为无人测量艇多波束声学设备的安装位置.

关键词：阻力预报无人船双体船计算流体力学航态

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临时加固下换流阀塔海上运输结构强度分析

中国工程机械学报 2024年第2期22卷 231-235页

作者：于海波高彪张晓波张伟为王检耀南京南瑞继保电气有限公司江苏南京211102 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240

海上换流站的运输与安装通常是模块化、整体化的运输与安装,考虑到在运输过程中经常会受到风浪、潮流甚至地震等外部环境因素对阀塔等精密电气设备产生的影响,提出一种换流阀塔在海上运输时的临时加固措施。采用有限元仿真软件,对运输... 详细信息

海上换流站的运输与安装通常是模块化、整体化的运输与安装,考虑到在运输过程中经常会受到风浪、潮流甚至地震等外部环境因素对阀塔等精密电气设备产生的影响,提出一种换流阀塔在海上运输时的临时加固措施。采用有限元仿真软件,对运输船及其阀厅进行有限元建模,将海洋环境作用力等效为地震效应,在两种极端水平载荷工况下,采用底部剪力法对阀塔自身结构强度进行拟静力分析。仿真结果表明:横向载荷作用下阀塔内部结构件所受应力均大于纵向载荷时所受应力,最大应力发生在横向载荷下铝合金框架为84 MPa,小于材料屈服应力。研究结果可为海上运输换流阀塔提供方案借鉴。

关键词：阀塔海上运输底部剪力法强度分析

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浮式平台运动加速度短期极值快速预报方法

船舶工程 2024年第4期46卷 158-165,174页

作者：李沈杰程正顺崔明浩陈鹏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城研究院海南三亚570240

提出一种基于浮式平台运动响应幅值算子(RAO)的频域方法,对浮式平台上任意位置加速度短期极值进行快速预报。假设浮式平台为刚体,通过运动互相关函数与运动谱密度函数的转换关系得到运动谱传递关系;从浮式平台重心运动谱快速转换得到任... 详细信息

提出一种基于浮式平台运动响应幅值算子(RAO)的频域方法,对浮式平台上任意位置加速度短期极值进行快速预报。假设浮式平台为刚体,通过运动互相关函数与运动谱密度函数的转换关系得到运动谱传递关系;从浮式平台重心运动谱快速转换得到任意点加速度谱,基于谱分析方法得到短期极值预报结果;对一艘浮式生产储油船(FPSO)船进行加速度短期极值预报,采用时域计算结果对该方法的准确性与有效性进行验证。研究结果表明,所提预报方法预报精度良好,同时具有极高的预报效率,能满足工程应用需求。

关键词：浮式平台加速度极值短期预报响应幅值算子频域方法

基于修正统一硬化模型的超固结非饱和红黏土边坡稳定分析

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岩土力学 2024年第4期45卷 1233-1241页

作者：柳伟徐长节杜昊东朱怀龙王长虹华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013 江西交通职业技术学院建筑工程学院江西南昌330013 上海大学力学与工程科学学院上海200444

在降雨和水位升降的联合作用下,库岸边坡易发生滑塌现象。采用理想弹塑性Mohr-Coulomb准则,在干湿循环作用下,分析库岸边坡的稳定性,难以反映边坡土的超固结消散等复杂力学特性。以江西省新干航电枢纽库岸边坡为背景,针对弱超固结非饱... 详细信息

在降雨和水位升降的联合作用下,库岸边坡易发生滑塌现象。采用理想弹塑性Mohr-Coulomb准则,在干湿循环作用下,分析库岸边坡的稳定性,难以反映边坡土的超固结消散等复杂力学特性。以江西省新干航电枢纽库岸边坡为背景,针对弱超固结非饱和红黏土,开展非饱和直剪试验,采用反正切函数,描述吸力应力与基质吸力的数学物理关系,提出红黏土的超固结非饱和统一硬化(unified hardening,UH)模型。然后,在UH模型的基础上,采用C++语言,开发FLAC3D的应用程序;利用GeoStudio软件的SEEP/W模块,计算降雨入渗的非饱和渗流场;编写接口程序,导入FLAC3D,开展库岸边坡的稳定性计算。库岸边坡的水平位移明显大于经典的非饱和理想弹塑性模型计算结果,结果表明,修正UH模型能够合理地预测超固结非饱和红黏土库岸边坡的稳定性,为同类库岸边坡工程稳定性分析提供了参考。

关键词：红黏土统一硬化模型吸力应力超固结边坡稳定分析