基于動(dòng)力定位能力綜合標(biāo)準(zhǔn)的推力器局部最優(yōu)配置方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于動(dòng)力定位能力綜合標(biāo)準(zhǔn)的推力器局部最優(yōu)配置方法，包括步驟：計(jì)算該海洋結(jié)構(gòu)物的艏向在工作艏向區(qū)間[ψstart，ψend]內(nèi)的概率密度分布函數(shù)P(ψ)；根據(jù)動(dòng)力定位能力綜合分析判斷標(biāo)準(zhǔn)定制判斷方案；確定動(dòng)力定位能力的穩(wěn)定性在整體動(dòng)力定位能力中所占的比重因子λ；將海洋結(jié)構(gòu)物推力器的位置離散化，針對(duì)逐個(gè)推力器的位置進(jìn)行優(yōu)化，找到某個(gè)推力器的最優(yōu)位置后，用該最優(yōu)位置更新原來(lái)位置，再對(duì)下一個(gè)推力器進(jìn)行優(yōu)化，以此類推，直到所有推力器的更新位置與原有位置一致時(shí)停止。本發(fā)明充分考慮特定海洋結(jié)構(gòu)物在特定工作海域的工作情況，獲得更符合現(xiàn)實(shí)的最優(yōu)推力器配置，節(jié)省大量的計(jì)算資源，在工程應(yīng)用意義上顯得尤為重要。
【專利說(shuō)明】基于動(dòng)力定位能力綜合標(biāo)準(zhǔn)的推力器局部最優(yōu)配置方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及推力器局部最優(yōu)配置方法，特別是涉及一種基于動(dòng)力定位能力分析與 定位能力綜合標(biāo)準(zhǔn)的推力器局部最優(yōu)配置方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類的探索領(lǐng)域向廣袤的大洋延伸，在深水區(qū)域作業(yè)的海洋結(jié)構(gòu)物，如海洋 平臺(tái)，各類工作船等的定位問(wèn)題變的日益突出。在淺水區(qū)域，海洋結(jié)構(gòu)物的定位尚且可以通 過(guò)錨泊方式解決，但隨著水深的加大，錨泊定位的成本呈指數(shù)趨勢(shì)升高，所以需要新型的定 位方式解決海洋結(jié)構(gòu)物定位的問(wèn)題。動(dòng)力定位便是在這一背景下出現(xiàn)并發(fā)展起來(lái)的。海洋 結(jié)構(gòu)物上配置的動(dòng)力定位系統(tǒng)通過(guò)衛(wèi)星或水聲列陣獲得結(jié)構(gòu)物當(dāng)前位置，控制器由其與目 標(biāo)位置的偏差值計(jì)算出結(jié)構(gòu)物回復(fù)到目標(biāo)位置所需推力和轉(zhuǎn)矩，推力系統(tǒng)產(chǎn)生所需的推力 和轉(zhuǎn)矩，使海洋結(jié)構(gòu)物保持在目標(biāo)位置附近。
[0003] 動(dòng)力定位能力分析能夠得到海洋結(jié)構(gòu)物在不同艏向角下的動(dòng)力定位能力。在設(shè)計(jì) 和使用一套新的動(dòng)力定位系統(tǒng)時(shí)，操作安全一直是第一要位的。為了預(yù)期達(dá)到一種安全和 有效的操作，該系統(tǒng)在工作海域不同艏向下能夠承受的最大環(huán)境力是必須要了解清楚的。 因此在設(shè)計(jì)新的動(dòng)力定位系統(tǒng)海洋結(jié)構(gòu)物時(shí)，必須要進(jìn)行動(dòng)力定位能力分析。
[0004] 動(dòng)力定位能力分析的結(jié)果一般受海洋結(jié)構(gòu)物的螺旋槳配置影響較大。不同推力器 配置下動(dòng)力定位能力的比較通過(guò)動(dòng)力定位能力綜合標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。推力器的全局優(yōu)化是從試 驗(yàn)的角度進(jìn)行，將海洋結(jié)構(gòu)物推力器的位置離散化，通過(guò)不同推力器的位置結(jié)合，可以得到 所有可能的推力器配置，通過(guò)對(duì)這些推力器配置進(jìn)行動(dòng)力定位能力分析和綜合標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算， 可以找到最優(yōu)的推力器配置方案。然而這種全局優(yōu)化耗時(shí)長(zhǎng)，在工程意義上應(yīng)用很難。局 部?jī)?yōu)化則并不對(duì)所有的推力器方案進(jìn)行比較，而是針對(duì)某個(gè)推力器的位置進(jìn)行優(yōu)化，找到 該推力器的最優(yōu)位置后，用該最優(yōu)位置更新原來(lái)位置，再對(duì)下一個(gè)推力器進(jìn)行優(yōu)化，以此類 推，直到所有推力器的更新位置與原有位置一致時(shí)停止。雖然局部?jī)?yōu)化并不能得到全局最 優(yōu)的推力器配置方案，卻能節(jié)省大量的計(jì)算資源，在工程應(yīng)用意義上顯得尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明就是為了解決在設(shè)計(jì)推力系統(tǒng)時(shí)，對(duì)推力器的配置方案最優(yōu)化而提出的。 [0006] 本發(fā)明原理如下：
[0007] 推力器配置方案的局部最優(yōu)化假設(shè)該海洋結(jié)構(gòu)物的基本配置方案已定，但各推力 器的位置坐標(biāo)可在其原來(lái)位置附近進(jìn)行小幅變動(dòng)，局部最優(yōu)化就是為確定各推力器的最終 位置而提出的。各推力器的位置域離散為離散化的推力器坐標(biāo)點(diǎn)，通過(guò)逐個(gè)對(duì)每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn) 進(jìn)行動(dòng)力定位能力分析及綜合動(dòng)力定位能力計(jì)算，得到每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的綜合定位能力， 進(jìn)而得到最優(yōu)的坐標(biāo)點(diǎn)。最優(yōu)的推力器位置被該坐標(biāo)點(diǎn)代替，以此類推，對(duì)所有推力器的坐 標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，直到所有推力器的更新位置與原有位置一致時(shí)停止，即得到的該海洋結(jié)構(gòu) 物的最優(yōu)推力器配置。
[0008] 所述的綜合定位能力標(biāo)準(zhǔn)，其工作艏向區(qū)間根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)此海洋結(jié)構(gòu)物在海上工 作的調(diào)查得到。所述的概率密度分布函數(shù)，根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)此海洋結(jié)構(gòu)物在海上工作的艏向 的統(tǒng)計(jì)得到。因此，可以認(rèn)為該動(dòng)力定位能力綜合分析判斷標(biāo)準(zhǔn)是專門(mén)為特定的海洋結(jié)構(gòu) 物工作在特定的海域中定制的。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0010] 一種基于動(dòng)力定位能力綜合標(biāo)準(zhǔn)的推力器局部最優(yōu)配置方法，，該方法包括如下 步驟：
[0011] 步驟1，利用測(cè)量設(shè)備獲取海洋結(jié)構(gòu)物在工作海域定制的起始艏向角vstart和終 止艏向角v end，
[0012] 計(jì)算該海洋結(jié)構(gòu)物的艏向在工作艏向區(qū)間[vstart，vend]內(nèi)的概率密度分布函數(shù) ρ(ψ)，公式如下：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于動(dòng)力定位能力綜合標(biāo)準(zhǔn)的推力器局部最優(yōu)配置方法，其特征在于，該方法 包括如下步驟： 步驟1，利用測(cè)量設(shè)備獲取海洋結(jié)構(gòu)物在工作海域定制的起始艏向角11^#和終止艏 向角vend; 計(jì)算該海洋結(jié)構(gòu)物的艏向在工作艏向區(qū)間[vstart，vmd]內(nèi)的概率密度分布函數(shù) Ρ(ψ)，公式如下：
其中，c(Vi)表示海洋結(jié)構(gòu)物的艏向角為Vi時(shí)的次數(shù)，p(Vi)表示海洋結(jié)構(gòu)物的艏向 角為^的概率； 如果無(wú)法得到海洋結(jié)構(gòu)物艏向的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，則假設(shè)其艏向在工作艏向區(qū)間中出現(xiàn)的概 率相同，即C(￥i) = Constant,則Ρ(ψ)表示為：
步驟2,根據(jù)動(dòng)力定位能力綜合分析判斷標(biāo)準(zhǔn)定制判斷方案，公式如下：
其中，Vstart，別是根據(jù)海洋結(jié)構(gòu)物在當(dāng)前海域工作的起始艏向角和終止艏向 角，Ρ(Ψ)，是海洋結(jié)構(gòu)物的艏向在工作艏向區(qū)間[Vstart，Vmd]中的概率密度分布函數(shù)， νω(Ψ)是由動(dòng)力定位能力分析得到的在艏向角為Ψ時(shí)海洋結(jié)構(gòu)物所能抵抗的最大風(fēng)速， Μ V)由動(dòng)力定位能力分析軟件計(jì)算得到，μ為考慮到工作艏向區(qū)間[vstart，vmd]和艏 向概率密度分布函數(shù)Ρ(Ψ)后的ν ω (Ψ)的期望值，σ為考慮到工作艏向區(qū)間[vstart，ψΜ(1] 和艏向概率密度分布函數(shù)Ρ(Ψ)后的ν ω(Ψ)的標(biāo)準(zhǔn)差，μ表示海洋結(jié)構(gòu)物的整體平均動(dòng) 力定位能力，e-f表示海洋結(jié)構(gòu)物動(dòng)力定位能力的穩(wěn)定性，λ表示動(dòng)力定位能力的穩(wěn)定性 在整體動(dòng)力定位能力中所占的比重因子； 步驟3,確定動(dòng)力定位能力的穩(wěn)定性e-f在整體動(dòng)力定位能力中所占的比重因子λ :該 海洋結(jié)構(gòu)物在工作時(shí)對(duì)動(dòng)力定位能力的穩(wěn)定性要求越高，λ的值則取得越大； 步驟4,推力器位置域的離散化：沿海洋結(jié)構(gòu)物縱向的推力器位置域由
表示，其中，arf和.if分別是第i個(gè)推力器的位置界限，計(jì)算第i個(gè)推力器的位置數(shù)量，公式 如下：
其中，推力域基于一個(gè)區(qū)間允許誤差ε進(jìn)行離散化，使每個(gè)離散化后的位置差小于或 等于區(qū)間允許誤差ε表示對(duì)該數(shù)值向上取整； 計(jì)算第i個(gè)推力器離散化的位置，公式如下：
其中，j = 1，2, · · ·，叫； 步驟5,通過(guò)局部最優(yōu)的方法進(jìn)行推力器配置方案的最優(yōu)化： 針對(duì)某個(gè)推力器的位置進(jìn)行優(yōu)化，即通過(guò)步驟3中的綜合標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算該推力器所有離散 位置對(duì)應(yīng)的綜合定位能力，得到該推力器的最優(yōu)位置后，用該最優(yōu)位置更新原來(lái)位置，再對(duì) 下一個(gè)推力器進(jìn)行優(yōu)化，以此類推，直到所有推力器的更新位置與原有位置一致時(shí)停止。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104112045SQ201410321100
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月7日
【發(fā)明者】汪學(xué)鋒, 徐勝文, 王磊 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)