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原文传递基于差分进化算法的DP推力分配策略研究

论文题名：	基于差分进化算法的DP推力分配策略研究
关键词：	海洋船舶;动力定位;推力分配;差分进化;动态响应
摘要：	随着我国海洋开发的不断深入，动力定位(DynamicPositioning，DP)系统因其不受海水深度限制和定位方便等特点，在海洋船舶中的作用越来越重要，DP系统目前广泛应用在起重船、钻井平台与拖轮等海洋作业设备。而推力分配作为DP系统的重要部分，其根据系统的控制指令计算出各个推进器实际的推力与方位角，推力分配效果将直接影响系统的控制精度和作业可靠性。本文围绕推力分配问题，针对DP船推力分配中计算复杂，推进器在实际工程中发生故障以及系统的动态响应速度提高等问题，对推力分配模型、推力分配算法以及推力分配策略展开研究，具体研究内容如下: 　　1、针对推力分配问题抽象出推力分配数学模型，建立包括推进器的能量消耗、分配与控制指令间的误差和推进器磨损的一般形式推力分配目标函数;考虑推进器的物理限制建立约束条件，根据推进器在船舶的安装位置建立推力禁区，综上得到一般形式推力分配模型。在此基础上，针对推进器在实际作业中由于故障而导致性能下降的情况，加入推进器性能参数来表征推进器的性能状态，最终建立带有推进器性能参数的推力分配数学模型。　　2、针对推力分配问题的求解，本文采用差分进化算法(DE)来进行求解，并且从算法的参数调节和不同算法融合搜索策略上对算法来进行改进，来提高算法的全局搜索能力和搜索精度。首先对基本DE算法进行了参数分析，针对算法参数固定的不足，提出了基于参数适应性调节的DE算法，来提高算法全局搜索能力。在以上改进算法的基础上，将改进后的DE算法与人工萤火虫(GSO也称AGSO)算法的进行融合，采用分种群优化策略，将不同的算法优势互补，提出了人工萤火虫与参数适应性调节DE混合优化算法，进一步增加算法的搜索精度和全局搜索能力。最后结合一般形式的推力分配模型进行了算法的仿真验证，仿真对比发现，改进后的算法搜索性能有明显提高。　　3、针对本DP船舶推进器冗余的特点，对推进器进行分组偏置研究，来减少推力分配算法的运算量增加算法的实时性同时提高系统的动态响应，并且针对推进器不同的故障情况来设计推进器分组推力分配策略，来保证推进器故障情况下的推进器分组分配的可行性，提高船舶的控制性能。设计船舶闭环控制系统，闭环系统的基础上加入推力分配环节，对不同推进器故障情况下的推力分配问题进行仿真验证，证明建立的带有推进器性能参数的推力分配模型的正确性与算法在不同推进器故障情况下的可行性;对推进器分组情况进行仿真验证，仿真证明分组偏置的可行性，并且相比于未分组情况船舶的控制性能有所提升，最后考虑推进器故障情况，采用不同的推进器分组分配策略，并给出故障时推进器分组推力分配策略并进行仿真验证，仿真结果表明针对不同的故障情况船舶会采用不同的策略，通过不同的策略来提高船舶的控制性能。
作者：	高鹏举
专业：	控制科学与工程
导师：	丁福光
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2021