船舶动力定位系统控位能力计算算法研究与实现

论文摘要

船舶控位能力分析系统是船舶动力定位系统的重要组成部分之一,具体是指船舶只是借助于自身的推进系统来获得其最大的推力和推力矩用以抵抗来自于同一方向的包括海风、海浪和海流产生的作用力和力矩的能力。本论文所研究的船舶离线控位能力是指船舶动力定位系统进行方案论证时,在推进器完全正常情况下的船舶所具有的控位能力。相对于离线控位能力,船舶的在线控位能力是指船舶推进系统及相关设备出现故障时船舶的控位能力情况。国外在该领域进行了大量研究工作。国外几家动力定位系统研制公司和相关研究大学都推出了控位能力计算软件,为动力定位系统的方案设计提供理论依据。本文首先建立了作用于船上的海风、海流和海浪作用力模型,并同时建立了通用船舶的海风、海流无因次力系数计算模型,根据推进系统配置方案建立的船舶推进器推力分配模型,选择和构造了具有并行和全局解空间搜索的遗传算法的遗传算子,研究开发了基于遗传算法的船舶离线控位能力计算算法和在线控位能力计算算法。离线控位能力遗传计算算法中给出了最大适应度、最小适应度和平均适应度随进化代数增加时的变化曲线,并针对所给出的船舶对象进行了相应的分析。在此基础之上给出了该船基于遗传算法的离线控位能力计算和在线控位能力计算结果图,并将结果与Kongsberg公司的仿真结果对比,结果证明曲线吻合较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及课题的意义
• 1.2 船舶动力定位系统概述
• 1.3 船舶控位能力计算的意义
• 1.4 国内外控位能力计算现状
• 1.4.1 国内外控位能力研究概况
• 1.4.2 遗传算法概述
• 1.5 本文主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 环境力模型
• 2.1 概述
• 2.2 海风作用力模型
• 2.2.1 海风系数试验数据
• 2.2.2 海风系数经验公式模型
• 2.3 海流作用力模型
• 2.3.1 海流系数试验数据
• 2.3.2 海流系数经验公式模型
• 2.4 海浪作用力模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于遗传算法的控位能力计算算法研究
• 3.1 遗传算法的基本理论
• 3.1.1 浮点遗传算法的收敛性
• 3.1.2 编码与适应度
• 3.1.3 遗传操作理论
• 3.2 船舶动力定位系统控位能力计算原理
• 3.2.1 控位能力计算概述
• 3.2.2 控位能力计算原理
• 3.3 基于遗传算法的控位能力计算
• 3.3.1 遗传算法中的编码与适应度
• 3.3.2 遗传算法中主要算子选择
• 3.3.3 控位能力遗传算法的主要步骤
• 3.4 离线控位能力计算
• 3.4.1 离线控位能力计算寻优过程
• 3.4.2 控位能力计算结果对比分析
• 3.5 在线控位能力计算
• 3.5.1 在线控位能力计算的特点及寻优过程
• 3.5.2 推进器故障情况下控位能力计算
• 3.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表的论文和取得的科研成果
• 致谢