船舶动力定位系统推力分配算法研究

摘要

随着人类对海上各种资源越来越大的需求，人们的活动范围也从沿岸、近海扩展到更深的海域，此时船舶定力定位系统将会得到很大发展，而推力分配作为船舶动力定位系统的重要组成部分，将发挥着重要作用。在了解推进器类型和安装位置的基础上才能对推力进行更精确地分配，本文以安装有两个隧道式推进器和两个全回转推进器的2.8m船模为对象，以伪逆算法为基础，为船舶设计出了一套经济、可靠、实用的推力分配算法。
　　首先，本文列出了动力定位推进器与传统推进器的区别，给出了多种典型的船舶推进装置的形式，简单介绍了各种推进装置的特点，为船舶推进装置的选型与位置安装提供参考;为推力分配算法的解决提供基础。
　　其次，根据推力分配的问题，建立了推力分配的数学模型，并根据实际系统的需要给出了优化算法的优化目标及各种约束条件。
　　再次，介绍了基于伪逆法的推力分配算法的理论基础，提出了以伪逆法为基础的静态与动态相结合的二次优化推力分配算法，根据推进器的功率不同，选取恰当的权重矩阵，可以使推力主要分配在船艉的全回转推进器上;这种推力分配法可以使船舶消耗最小能量，在考虑全回转推进器禁止角、方位角变化速率、推力限制、奇异结构等情况下，误差较小。考虑到船模系统的实际情况，采用以伪逆法为基础的一次优化推力分配算法也能够快速得到稳定解，更简洁、合理，同时也能够满足上述条件。
　　最后，介绍了船舶动力定位能力曲线的概念，它表达了船舶在指定推力系统参数及环境下的动力定位能力，主要表示方式为极限风速曲线。本文以伪逆推力分配算法为基础绘制出了动力定位能力曲线，不仅可以对船舶动力定位系统的定位能力进行分析，而且也可以为船舶动力定位方案的设计提供参考。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 动力定位系统概述

1．3 推力分配算法研究

1．4 国内外推力分配算法研究现状

1．5 本文主要研究内容

1．6 本章小结

第二章 推力系统

2．1 动力定位的推进器与传统推进器的差异

2．2 定螺距螺旋桨与变螺距螺旋桨

2．2．1 定螺距螺旋桨

2．2．2 变螺距螺旋桨

2．2．3 定螺距螺旋桨与变螺距螺旋桨的比较

2．3 推进装置

2．3．1 开放式推进器

2．3．2 隧道式推进器

2．3．3 全回转推进器

2．4 船舶动力定位系统推力装置的选择及安装位置

2．5 本章小结

第三章 伪逆推力分配算法

3．1 推力分配问题

3．1．1 目标函数

3．1．2 边界条件的确定与简化

3．2 伪逆法

3．2．1 静态推力分配

3．2．2 动态推力分配

3．3 有限推力计算

3．4 算法仿真

3．5 伪逆法的数值算例

3．6 本章小结

第四章 船舶动力定位系统定位能力分析

4．1 动力定位能力曲线描述

4．2 动力定位能力曲线绘制

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢