基于動力定位能力綜合標準的推力器局部最優(yōu)配置方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于動力定位能力綜合標準的推力器局部最優(yōu)配置方法，包括步驟：計算該海洋結構物的艏向在工作艏向區(qū)間[ψstart，ψend]內的概率密度分布函數P(ψ)；根據動力定位能力綜合分析判斷標準定制判斷方案；確定動力定位能力的穩(wěn)定性在整體動力定位能力中所占的比重因子λ；將海洋結構物推力器的位置離散化，針對逐個推力器的位置進行優(yōu)化，找到某個推力器的最優(yōu)位置后，用該最優(yōu)位置更新原來位置，再對下一個推力器進行優(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停止。本發(fā)明充分考慮特定海洋結構物在特定工作海域的工作情況，獲得更符合現實的最優(yōu)推力器配置，節(jié)省大量的計算資源，在工程應用意義上顯得尤為重要。
【專利說明】基于動力定位能力綜合標準的推力器局部最優(yōu)配置方法

【技術領域】
[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力定位能力分析與 定位能力綜合標準的推力器局部最優(yōu)配置方法。

【背景技術】
[0002] 隨著人類的探索領域向廣袤的大洋延伸，在深水區(qū)域作業(yè)的海洋結構物，如海洋 平臺，各類工作船等的定位問題變的日益突出。在淺水區(qū)域，海洋結構物的定位尚且可以通 過錨泊方式解決，但隨著水深的加大，錨泊定位的成本呈指數趨勢升高，所以需要新型的定 位方式解決海洋結構物定位的問題。動力定位便是在這一背景下出現并發(fā)展起來的。海洋 結構物上配置的動力定位系統通過衛(wèi)星或水聲列陣獲得結構物當前位置，控制器由其與目 標位置的偏差值計算出結構物回復到目標位置所需推力和轉矩，推力系統產生所需的推力 和轉矩，使海洋結構物保持在目標位置附近。
[0003] 動力定位能力分析能夠得到海洋結構物在不同艏向角下的動力定位能力。在設計 和使用一套新的動力定位系統時，操作安全一直是第一要位的。為了預期達到一種安全和 有效的操作，該系統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。 因此在設計新的動力定位系統海洋結構物時，必須要進行動力定位能力分析。
[0004] 動力定位能力分析的結果一般受海洋結構物的螺旋槳配置影響較大。不同推力器 配置下動力定位能力的比較通過動力定位能力綜合標準進行。推力器的全局優(yōu)化是從試 驗的角度進行，將海洋結構物推力器的位置離散化，通過不同推力器的位置結合，可以得到 所有可能的推力器配置，通過對這些推力器配置進行動力定位能力分析和綜合標準計算， 可以找到最優(yōu)的推力器配置方案。然而這種全局優(yōu)化耗時長，在工程意義上應用很難。局 部優(yōu)化則并不對所有的推力器方案進行比較，而是針對某個推力器的位置進行優(yōu)化，找到 該推力器的最優(yōu)位置后，用該最優(yōu)位置更新原來位置，再對下一個推力器進行優(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停止。雖然局部優(yōu)化并不能得到全局最 優(yōu)的推力器配置方案，卻能節(jié)省大量的計算資源，在工程應用意義上顯得尤為重要。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明就是為了解決在設計推力系統時，對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)化假設該海洋結構物的基本配置方案已定，但各推力 器的位置坐標可在其原來位置附近進行小幅變動，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點，通過逐個對每個坐標點 進行動力定位能力分析及綜合動力定位能力計算，得到每個坐標點對應的綜合定位能力， 進而得到最優(yōu)的坐標點。最優(yōu)的推力器位置被該坐標點代替，以此類推，對所有推力器的坐 標點進行優(yōu)化，直到所有推力器的更新位置與原有位置一致時停止，即得到的該海洋結構 物的最優(yōu)推力器配置。
[0008] 所述的綜合定位能力標準，其工作艏向區(qū)間根據長時間對此海洋結構物在海上工 作的調查得到。所述的概率密度分布函數，根據長時間對此海洋結構物在海上工作的艏向 的統計得到。因此，可以認為該動力定位能力綜合分析判斷標準是專門為特定的海洋結構 物工作在特定的海域中定制的。
[0009] 本發(fā)明的技術解決方案如下：
[0010] 一種基于動力定位能力綜合標準的推力器局部最優(yōu)配置方法，，該方法包括如下 步驟：
[0011] 步驟1，利用測量設備獲取海洋結構物在工作海域定制的起始艏向角vstart和終 止艏向角v end，
[0012] 計算該海洋結構物的艏向在工作艏向區(qū)間[vstart，vend]內的概率密度分布函數 ρ(ψ)，公式如下：
[0013]

【權利要求】
1. 一種基于動力定位能力綜合標準的推力器局部最優(yōu)配置方法，其特征在于，該方法 包括如下步驟： 步驟1，利用測量設備獲取海洋結構物在工作海域定制的起始艏向角11^#和終止艏 向角vend; 計算該海洋結構物的艏向在工作艏向區(qū)間[vstart，vmd]內的概率密度分布函數 Ρ(ψ)，公式如下：
其中，c(Vi)表示海洋結構物的艏向角為Vi時的次數，p(Vi)表示海洋結構物的艏向 角為^的概率； 如果無法得到海洋結構物艏向的統計結果，則假設其艏向在工作艏向區(qū)間中出現的概 率相同，即C(￥i) = Constant,則Ρ(ψ)表示為：
步驟2,根據動力定位能力綜合分析判斷標準定制判斷方案，公式如下：
其中，Vstart，別是根據海洋結構物在當前海域工作的起始艏向角和終止艏向 角，Ρ(Ψ)，是海洋結構物的艏向在工作艏向區(qū)間[Vstart，Vmd]中的概率密度分布函數， νω(Ψ)是由動力定位能力分析得到的在艏向角為Ψ時海洋結構物所能抵抗的最大風速， Μ V)由動力定位能力分析軟件計算得到，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Ρ(Ψ)后的ν ω(Ψ)的標準差，μ表示海洋結構物的整體平均動 力定位能力，e-f表示海洋結構物動力定位能力的穩(wěn)定性，λ表示動力定位能力的穩(wěn)定性 在整體動力定位能力中所占的比重因子； 步驟3,確定動力定位能力的穩(wěn)定性e-f在整體動力定位能力中所占的比重因子λ :該 海洋結構物在工作時對動力定位能力的穩(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：沿海洋結構物縱向的推力器位置域由
表示，其中，arf和.if分別是第i個推力器的位置界限，計算第i個推力器的位置數量，公式 如下：
其中，推力域基于一個區(qū)間允許誤差ε進行離散化，使每個離散化后的位置差小于或 等于區(qū)間允許誤差ε表示對該數值向上取整； 計算第i個推力器離散化的位置，公式如下：
其中，j = 1，2, · · ·，叫； 步驟5,通過局部最優(yōu)的方法進行推力器配置方案的最優(yōu)化： 針對某個推力器的位置進行優(yōu)化，即通過步驟3中的綜合標準計算該推力器所有離散 位置對應的綜合定位能力，得到該推力器的最優(yōu)位置后，用該最優(yōu)位置更新原來位置，再對 下一個推力器進行優(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停止。
【文檔編號】G06F17/50GK104112045SQ201410321100
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月7日 優(yōu)先權日:2014年7月7日
【發(fā)明者】汪學鋒, 徐勝文, 王磊 申請人:上海交通大學