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基于SQP算法的动力定位推力分配的研究

作　者: 李立国
导　师: 边信黔
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 序列二次规划算法推力分配动力定位推进器
分类号: U664.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

动力定位是船舶依靠自身的动力,在控制系统的指挥下抵抗外界的干扰(风、浪和海流等),使其保持某一位置和艏向。推力分配单元是动力定位系统的重要组成部分,其主要职责是按照动力定位控制器输出的横向、纵向合力和艏向回转力矩指令,合理地为各个推进器分配推力。本文以16000吨深水铺管起重船为研究对象,以序列二次规划法为基础,提出一种合理高效地解决动力定位系统推力分配问题的方法。首先,本文给出环境阵风和船舶运动数学模型,并设计PID控制器,控制器根据艏向和位置偏差计算所需的推力指令,将其传递给推力分配单元,并对船舶运动模型进行了仿真验证。本文根据推力分配优化问题基础知识,建立推力分配的数学模型,并详细介绍了螺旋桨推进器推力和扭矩的计算、桨-桨干扰的原因和处理、SQP算法的基本思想。然后,根据推力分配问题的目标和限制条件,建立推力分配问题的非线性目标函数。整个推力优化分配的目标是最小化推进系统的能耗,包括燃油消耗、推力误差等；同时还考虑到推进器的推力极限、最大推力变化速率、最大旋转速率、推进器推力的禁区等因素。针对此目标函数,本文用一个严格凸的二次规划子问题代替序列二次规划中的子问题,并对序列二次规划算法用罚函数和一维搜索进行修正,设计了一套高效的推力分配优化算法。整个推力分配算法用C语言编程实现。最后,本文对该推力分配优化算法进行仿真,仿真证明了序列二次规划算法在推力分配应用上的成功。为说明序列二次规划算法应用在推力分配问题上的优缺点,在同控制器和仿真环境下,将其与基于遗传算法的推力分配方法进行了仿真对比。同时还对目标函数中权值矩阵对推力分配的影响进行了仿真研究。

基于SQP算法的动力定位推力分配的研究

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