动力定位船舶的最佳艏向估计方法研究

论文摘要

本文论述的是动力定位船舶在定点控位时的最佳艏向估计方法。艏向寻优是动力定位技术的关键技术之一,如果船舶始终将艏向保持在最佳艏向下,就可以大大地节约能耗。动力定位船舶在进行长期作业时,是否工作在最佳艏向下,对于能源的消耗影响巨大。为了实现节约能耗的目的,本文分别给出了两种寻找最佳艏向的方法:第一种方法主要基于推力器横向平均负荷的判断,不断改变艏向来寻找最佳艏向。该方法的优势在于不依赖于环境干扰模型,且对任何动力定位船舶都是有效的;缺点在于可能会在艏向寻优过程中消耗额外的能源。但是,总的来说,通过短期内消耗部分能源来准确快速地寻找到最佳艏向,从而减少动力定位船舶在长期作业时间里的能耗是值得的。第二种方法主要依靠环境干扰模型和推力器模型来估计流速和流向,进而通过估计出的流速和流向来估算船舶的最佳艏向。其中,分别给出了四种不同的方法来实现通过估计出的流速和流向估算最佳艏向。本方法的优势在于不需要消耗额外的能源就能大致地估算出最佳艏向,使得船舶只需要相对较小的能耗就能实现在长期作业里节约能耗的目的;但是缺点就是由于目前的环境干扰模型还不够精确,导致估计出的流速和流向存在一定的误差,使得最终获得的最佳艏向也有一定的误差。但是,该方法还是可以降低船舶能耗的,只不过能耗的下降不如第一种方法多。仿真结果显示,船舶完成定点控位功能后,将艏向分别保持在两种方法找到的最佳艏向下,推力器发出的推力都能够明显地下降,可以实现降低能耗的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文选题的背景及重要意义
• 1.2 国内外对本课题的研究情况及存在的问题
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 船舶动力定位系统仿真方法
• 2.1 环境干扰模型
• 2.1.1 风的特点及模拟方法
• 2.1.2 海流的特点及模拟方法
• 2.1.3 海浪的特点及模拟方法
• 2.2 动力定位船舶运动的数学模型
• 2.3 控制用的低频运动模型
• 2.4 测量模型
• 2.5 推力器系统的仿真
• 2.6 本章小结
• 第3章 推力分配策略
• 3.1 推力器的形式
• 3.2 推力器的布置和推力分配策略
• 3.2.1 定轴推力器的布置及推力分配策略
• 3.2.2 定轴、全回转推力器组合的布置及推力分配策略
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于推力器横向平均负荷判断的艏向寻优方法
• 4.1 船舶最佳艏向的寻找方法
• 4.1.1 最佳艏向的获得方法
• 4.1.2 问题分析及改进方法
• 4.1.3 基于横向平均负荷判断的艏向指令改变策略
• 4.1.4 寻优模块设计
• 4.2 典型环境下的仿真及分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 依靠流估计估算船舶最佳艏向的方法
• 5.1 基于环境干扰模型和推力器模型的流估计方法
• 5.1.1 环境干扰模型中风阻力系数的获得
• 5.1.2 环境干扰模型中流阻力系数的获得
• 5.1.3 由风、流、推力器模型估计流速、流向的方法
• 5.2 船舶最佳艏向的估计方法
• 5.2.1 基于GA的艏向寻优法
• 5.2.2 基于模型的计算机仿真法
• 5.2.3 基于环境干扰模型的比对法
• 5.2.4 基于区间寻优的二分法
• 5.3 典型环境下的仿真及分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及取得的科研成果
• 致谢