本文關(guān)鍵詞：船舶推力分配多步優(yōu)化算法研究

  更多相關(guān)文章： 推力分配 多步?jīng)Q策過程 遺傳算法 自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃

【摘要】：進入海洋經(jīng)濟時代,各國對海洋資源的探索和開發(fā)逐漸擴展至深海區(qū)域,對海軍艦艇編隊協(xié)調(diào)、動力追蹤救援等新功能的要求日漸明確,船舶推力系統(tǒng)的工作性能受到了更高要求的挑戰(zhàn)。推力分配算法作為推力系統(tǒng)的核心,對于提高船舶海上作業(yè)控制精度、穩(wěn)定性和靈活性至關(guān)重要。傳統(tǒng)推力分配優(yōu)化算法按每秒固定步數(shù)運行,每次優(yōu)化相互獨立且只考慮一步時間內(nèi)推進器狀態(tài)有限的變化范圍,缺乏對推進器緩慢動態(tài)特征的考慮,忽略了對推進器狀態(tài)長期的優(yōu)化,往往會導(dǎo)致能耗效率低下,機動性下降。為此,本文在深入了解船舶推力分配發(fā)展現(xiàn)狀的前提下,研究了推力分配的多步優(yōu)化方法,并取得了如下研究成果:1)從推進器狀態(tài)變化緩慢的特征和限制出發(fā),本文將推力分配視為一個多步?jīng)Q策過程進行研究,提出了基于遺傳算法和自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃的推力分配多步優(yōu)化算法。首先通過遺傳算法獲取長期變化范圍內(nèi)推進器狀態(tài)的全局最優(yōu)解,然后采用自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃求解當(dāng)前推進器狀態(tài)變化至最優(yōu)解的整個最優(yōu)多步?jīng)Q策序列,最后用該最優(yōu)決策序列逐步驅(qū)動推進器變化。2)針對更大可行域帶來的多局部極值問題,本文分析了最優(yōu)推進器狀態(tài)分別對推力大小和推力角度的靈敏度,并根據(jù)結(jié)論用偽逆算法改進了傳統(tǒng)變異算子,解決了傳統(tǒng)遺傳法收斂速度慢、種群多樣性退化迅速的問題,并加以自適應(yīng)變異粒度改善局部搜索能力。仿真結(jié)果表明改進的遺傳算法效果良好,尤其是在數(shù)十秒的超大可行域下,所得全局最優(yōu)解明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的序列二次優(yōu)化算法。3)針對多步?jīng)Q策過程的最優(yōu)化,本文首先建立了帶輸入飽和與終端約束的離散非線性最優(yōu)控制模型,然后研究了該類約束模型的HJB方程的構(gòu)造和基于自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃的求解方法,最后設(shè)計了自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃模型中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和求解步驟來實現(xiàn)終端約束條件。仿真結(jié)果表明,相比傳統(tǒng)單步推力分配算法,多步優(yōu)化算法顯著提高了船舶推力系統(tǒng)長期的能耗效率和機動性。4)本文搭建了船舶實物仿真平臺,包括模型船嵌入式系統(tǒng)和上位機可視化控制終端。通過在終端海圖界面上的簡單操作,模型船能在室外湖面進行路點跟蹤和動力定位的仿真和演示,并且對風(fēng)浪流有一定抵御能力,為船舶控制研究話題的進一步展開提供了便捷的實驗接口和科研基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：推力分配 多步?jīng)Q策過程 遺傳算法 自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U661.7;U664.3;TP18
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 課題背景及研究意義12-13
• 1.2 船舶推力系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r13-15
• 1.3 推力分配算法研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 二次型規(guī)劃模型16-17
• 1.3.2 非線性規(guī)劃模型17-18
• 1.4 本文的研究工作及章節(jié)安排18-20
• 第二章 推力分配建模20-32
• 2.1 船舶推力分配問題概述20-22
• 2.2 船舶推力結(jié)構(gòu)建模22-23
• 2.3 螺旋槳水動力特征23-25
• 2.4 約束條件建模25-29
• 2.5 推力分配優(yōu)化模型29-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第三章 推力分配的優(yōu)化算法32-46
• 3.1 偽逆算法32-35
• 3.1.1 Lagrange方法32-34
• 3.1.2 偽逆法的奇異結(jié)構(gòu)分析和避免34-35
• 3.1.3 偽逆算法存在的問題35
• 3.2 序列二次規(guī)劃法(SQP)35-41
• 3.2.1 SQP的思想和理論基礎(chǔ)35-37
• 3.2.2 推力分配的二次型規(guī)劃子問題構(gòu)造37-38
• 3.2.3 仿真實例對比和分析38-41
• 3.3 多步優(yōu)化算法41-45
• 3.3.1 單步優(yōu)化算法的局限41-43
• 3.3.2 多步優(yōu)化算法框架43-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第四章 推進器狀態(tài)的全局最優(yōu)化46-60
• 4.1 遺傳算法的基本思想46-48
• 4.2 推力分配遺傳算法設(shè)計48-54
• 4.2.1 現(xiàn)有遺傳算法的問題和解決方案50
• 4.2.2 自適應(yīng)變異粒度50-52
• 4.2.3 基于偽逆算法的推力二次變異52-54
• 4.3 仿真實例對比和分析54-59
• 4.3.1 新變異算子對遺傳算法的改進54-57
• 4.3.2 推力分配模型的全局優(yōu)化效果57-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第五章 基于自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃的推力分配多步優(yōu)化60-76
• 5.1 自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃綜述61-62
• 5.2 推力分配的自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃設(shè)計62-67
• 5.2.1 HJB方程和迭代式的推導(dǎo)62-64
• 5.2.2 自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃的訓(xùn)練和求解64-67
• 5.3 仿真和性能分析67-75
• 5.3.1 基于自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃的多步?jīng)Q策67-71
• 5.3.2 推力分配多步優(yōu)化算法整體仿真71-75
• 5.4 本章小結(jié)75-76
• 第六章 船舶動力定位和推力分配實物仿真平臺76-87
• 6.1 實物仿真平臺綜述76-79
• 6.1.1 平臺整體設(shè)計76-77
• 6.1.2 現(xiàn)有模型船介紹77-79
• 6.2 船上嵌入式系統(tǒng)設(shè)計79-82
• 6.3 上位機可視化控制終端設(shè)計82-86
• 6.4 本章小結(jié)86-87
• 第七章 總結(jié)與展望87-90
• 7.1 全文總結(jié)87-88
• 7.2 全文展望88-90
• 參考文獻90-95
• 致謝95-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文96-98

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

1 王瑩;諶棟梁;謝穎;張園;;基于構(gòu)造矩陣零空間的動力定位系統(tǒng)推力分配方法[J];海洋工程;2013年04期

2 彭義;王欽若;熊建斌;;海洋工程動力定位實驗室建設(shè)與實踐[J];實驗室研究與探索;2013年06期

3 張化光;張欣;羅艷紅;楊s，

本文編號：586519