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基于QP算法的动力定位系统推力分配及策略研究
| 论文题名： | 基于QP算法的动力定位系统推力分配及策略研究 |
| 关键词： | 船舶动力定位;推力分配;二次规划算法;全回转推进器;自适应组合偏置 |
| 摘要： | 目前，动力定位系统的应用非常广泛，已经成为开发和利用深海资源不可或缺的系统。动力定位系统可以利用自身推进器产生的推力来抵消外界环境力，从而使船舶或平台保持在预定位置或轨迹上。推力分配模块是动力定位系统的重要组成部分，其主要作用是在有限的时间内找到一个最优推力和角度的组合来满足控制器所要求的合力和力矩，其性能的好坏直接影响到船舶或平台海上定位的精确性、稳定性和操纵性。因此，推力优化分配的研究具有非常重要的理论和实际工程意义。本文的主要工作内容包括： 首先，建立了推力优化分配问题的数学模型，其本质是一个非线性带约束的优化问题。分别采用了二次规划算法（QP）和序列二次规划算法（SQP）对推力分配问题进行求解，并通过仿真对两种算法的实时性和准确性进行了对比。 其次，考虑到全回转推进器之间的水动力干扰会使推进器的效率降低，增加推进系统的能耗，影响船舶的定位精度。本文针对现有处理水动力干扰方法的缺点，提出了一种改进的方法，允许全回转推进器的方位角通过禁区，同时限制禁区内的推力上限，而且避免推进器长时间的在禁区范围内发力。此外，针对动力定位船舶长期工作在复杂的海况下，推进器可能会出现故障而导致定位精度严重降低的问题，在二次规划算法的基础上提出了基于推进器故障的容错分配策略，进而有效提高动力定位系统对推进器故障的容错能力。 最后，针对在一些特殊海况或工况下的推力优化分配问题，提出了一种自适应组合偏置算法。该方法能够根据控制力的大小和方向自适应调整偏置量的大小和全回转推进器的组合方式。此外，为了避免组合方式的频繁切换，提出了一种迟滞切换策略，以保证动力定位系统的稳定性。 |
| 作者： | 文武 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 徐海祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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