基于綜合動(dòng)力定位能力的推力敏感性分析方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于綜合動(dòng)力定位能力的推力敏感性分析方法，包括步驟：計(jì)算該海洋結(jié)構(gòu)物的艏向在工作艏向區(qū)間[ψstart，ψend]內(nèi)的概率密度分布函數(shù)P(ψ)；根據(jù)動(dòng)力定位能力綜合分析判斷標(biāo)準(zhǔn)定制判斷方案；確定動(dòng)力定位能力的穩(wěn)定性在整體動(dòng)力定位能力中所占的比重因子λ；計(jì)算各個(gè)推力器關(guān)于海洋結(jié)構(gòu)物綜合定位能力的推力敏感性。本發(fā)明一方面可以得到關(guān)于綜合定位能力的量化的推力敏感性，另一方面可以得到推力敏感性最高的推力器。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)難以提供足夠的推力時(shí)，增加敏感性最高的推力器的推力，效果更明顯。另外，在設(shè)計(jì)推力系統(tǒng)時(shí)，敏感性最高的推力器需要更高的安全系數(shù)，以保證整個(gè)推力系統(tǒng)的正常工作。
【專利說(shuō)明】基于綜合動(dòng)力定位能力的推力敏感性分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于綜合動(dòng)力定位能力的推力敏感性分析方法，是分析動(dòng)力定位 系統(tǒng)的推力系統(tǒng)中每個(gè)推力器推力對(duì)定位能力的敏感性方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類的探索領(lǐng)域向廣袤的大洋延伸，在深水區(qū)域作業(yè)的海洋結(jié)構(gòu)物，如海洋 平臺(tái)，各類工作船等的定位問(wèn)題變的日益突出。在淺水區(qū)域，海洋結(jié)構(gòu)物的定位尚且可以通 過(guò)錨泊方式解決，但隨著水深的加大，錨泊定位的成本呈指數(shù)趨勢(shì)升高，所以需要新型的定 位方式解決海洋結(jié)構(gòu)物定位的問(wèn)題。動(dòng)力定位便是在這一背景下出現(xiàn)并發(fā)展起來(lái)的。海洋 結(jié)構(gòu)物上配置的動(dòng)力定位系統(tǒng)通過(guò)衛(wèi)星或水聲列陣獲得結(jié)構(gòu)物當(dāng)前位置，控制器由其與目 標(biāo)位置的偏差值計(jì)算出結(jié)構(gòu)物回復(fù)到目標(biāo)位置所需推力和轉(zhuǎn)矩，推力系統(tǒng)產(chǎn)生所需的推力 和轉(zhuǎn)矩，使海洋結(jié)構(gòu)物保持在目標(biāo)位置附近。
[0003] 動(dòng)力定位能力分析能夠得到海洋結(jié)構(gòu)物在不同艏向角下的動(dòng)力定位能力。海洋結(jié) 構(gòu)物通過(guò)由幾種不同推力器組成的推力系統(tǒng)產(chǎn)生的推力和力矩來(lái)平衡所受到的環(huán)境力和 力矩。推力器的推力對(duì)于海洋結(jié)構(gòu)物的綜合定位能力非常重要。為了得到每個(gè)推力器對(duì)整 個(gè)動(dòng)力定位能力的影響以及辨別敏感性最高的推力器，必須要進(jìn)行推力敏感性分析。當(dāng)需 要提高海洋結(jié)構(gòu)物的定位能力的時(shí)候，增加敏感性最高的推力器的推力，效果更明顯。另 夕卜，在設(shè)計(jì)推力系統(tǒng)時(shí)，敏感性最高的推力器需要更高的安全系數(shù)，以保證整個(gè)推力系統(tǒng)的 正常工作。
[0004] 推力敏感性分析研究推力系統(tǒng)中所有推力器的推力敏感性。給定一個(gè)展開(kāi)系數(shù)向 量，每個(gè)推力器根據(jù)推力展開(kāi)系數(shù)進(jìn)行動(dòng)力定位能力分析和綜合定位能力計(jì)算，得到每個(gè) 推力器推力敏感性結(jié)果。根據(jù)所給定的作業(yè)艏向區(qū)間，綜合定位能力-推力器推力曲線的 斜率為推力敏感性。斜率越大，表示推力敏感性越大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明就是為了分析在動(dòng)力定位推力系統(tǒng)中每個(gè)推力器的推力對(duì)綜合動(dòng)力定位 能力的影響大小，解決在動(dòng)力定位系統(tǒng)無(wú)法提供足夠推力時(shí)選取更有效的方法，同時(shí)為設(shè) 計(jì)推力系統(tǒng)提供可靠指導(dǎo)。
[0006] 本發(fā)明原理如下：
[0007] 綜合分析判斷標(biāo)準(zhǔn)考慮兩方面：整體平均動(dòng)力定位能力和定位能力的穩(wěn)定性。整 體平均動(dòng)力定位能力考慮海洋結(jié)構(gòu)物在工作海域的工作艏向區(qū)間（指該海洋結(jié)構(gòu)物相對(duì) 于海洋環(huán)境條件的艏向角的區(qū)間）與其艏向在此艏向區(qū)間內(nèi)的概率密度分布函數(shù)，計(jì)算動(dòng) 力定位能力分析結(jié)果的期望值。定位能力的穩(wěn)定性由此區(qū)間上的動(dòng)力定位能力的標(biāo)準(zhǔn)差和 期望值的公式計(jì)算得到。
[0008] 所述的工作艏向區(qū)間，根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)此海洋結(jié)構(gòu)物在海上工作的調(diào)查得到。所述 的概率密度分布函數(shù)，根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)此海洋結(jié)構(gòu)物在海上工作的艏向的統(tǒng)計(jì)得到。因此，可 以認(rèn)為該動(dòng)力定位能力綜合分析判斷標(biāo)準(zhǔn)是專門為特定的海洋結(jié)構(gòu)物工作在特定的海域 中定制的。
[0009] 工作艏向區(qū)間和艏向的概率密度分布函數(shù)構(gòu)成工作海域下海洋結(jié)構(gòu)物的特定工 作海況。在此定制的工作海況下可得到所述的整體平均定位能力和定位能力的穩(wěn)定性，通 過(guò)兩者的結(jié)合定制綜合分析判斷標(biāo)準(zhǔn)，推力器推力通過(guò)所述的綜合分析標(biāo)準(zhǔn)得到綜合定位 能力。推力器推力和綜合定位能力構(gòu)成推力敏感性分析方法。
[0010] 體平均定位能力和定位能力的穩(wěn)定性，可以通過(guò)調(diào)節(jié)它們?cè)谡w定位能力中的權(quán) 重定制不同的判斷方案，從而得到不同的綜合定位能力，進(jìn)而得到不同的推力敏感性結(jié)果。 [0011] 在所述推力敏感性分析中，假設(shè)各個(gè)推進(jìn)器的推力是相互獨(dú)立的。
[0012] 本發(fā)明的技術(shù)解決方法如下：
[0013] 一種基于綜合定位能力的推力敏感性分析方法，該方法包括如下步驟：
[0014] 步驟1，由羅經(jīng)等測(cè)量設(shè)備獲取海洋結(jié)構(gòu)物在工作海域定制的起始艏向角和終止 艏向角V start，，可由對(duì)該海洋結(jié)構(gòu)物在工作海域的長(zhǎng)期調(diào)查得到。海洋結(jié)構(gòu)物的艏向 在工作艏向區(qū)間[vstart，v md]內(nèi)的概率密度分布函數(shù)Ρ(Ψ)，可由對(duì)該海洋結(jié)構(gòu)物在工作 海域的長(zhǎng)期的統(tǒng)計(jì)得到。
[0015] 通過(guò)長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)得到海洋結(jié)構(gòu)物的艏向在工作艏向區(qū)間[vstart，vend]中的概率密 度分布函數(shù)ρ(ψ)的具體方法為：
[0016]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于綜合動(dòng)力定位能力的推力敏感性分析方法，其特征在于，該方法包括如下 步驟： 步驟1，利用測(cè)量設(shè)備獲取海洋結(jié)構(gòu)物在工作海域定制的起始艏向角11^#和終止艏 向角vend， 計(jì)算該海洋結(jié)構(gòu)物的艏向在工作艏向區(qū)間[vstart，vmd]內(nèi)的概率密度分布函數(shù) Ρ(ψ)，公式如下：
其中，c(Vi)表示海洋結(jié)構(gòu)物的艏向角為Vi時(shí)的次數(shù)，p(Vi)表示海洋結(jié)構(gòu)物的艏向 角為^的概率 如果無(wú)法得到海洋結(jié)構(gòu)物艏向的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，則假設(shè)其艏向在工作艏向區(qū)間中出現(xiàn)的概 率相同，即C(￥i) = Constant,則Ρ(ψ)表示為：
步驟2,根據(jù)動(dòng)力定位能力綜合分析判斷標(biāo)準(zhǔn)定制判斷方案，公式如下：
其中，Vstart，別是根據(jù)海洋結(jié)構(gòu)物在當(dāng)前海域工作的起始艏向角和終止艏向 角，Ρ(Ψ)是海洋結(jié)構(gòu)物的艏向在工作艏向區(qū)間[Vstart，Vend]中的概率密度分布函數(shù)， Vw(U〇是由動(dòng)力定位能力分析得到的在艏向角為Ψ時(shí)海洋結(jié)構(gòu)物所能抵抗的最大風(fēng)速， vw(￥)由動(dòng)力定位能力分析軟件計(jì)算得到，μ為考慮到工作艏向區(qū)間[￥start，￥ end]和艏向 概率密度分布函數(shù)Ρ(Ψ)后的ν￥(Ψ)的期望值，0為考慮到工作艏向區(qū)間[v start，ψΜ(1] 和艏向概率密度分布函數(shù)Ρ(Ψ)后的Vw(U〇的標(biāo)準(zhǔn)差，μ表示海洋結(jié)構(gòu)物的整體平均動(dòng) 力定位能力，e?i.表示海洋結(jié)構(gòu)物動(dòng)力定位能力的穩(wěn)定性，λ表示動(dòng)力定位能力的穩(wěn)定性 在整體動(dòng)力定位能力中所占的比重因子； 步驟3,確定動(dòng)力定位能力的穩(wěn)定性erf在整體動(dòng)力定位能力中所占的比重因子λ :該 海洋結(jié)構(gòu)物在工作時(shí)對(duì)動(dòng)力定位能力的穩(wěn)定性要求越高，λ的值取得越大，以期達(dá)到最符 合該海洋結(jié)構(gòu)物的最佳標(biāo)準(zhǔn)； 步驟4,計(jì)算各個(gè)推力器關(guān)于海洋結(jié)構(gòu)物綜合定位能力的推力敏感性，其公式表示為
其中，為第i個(gè)推力器關(guān)于海洋結(jié)構(gòu)物綜合定位能力的推力敏感性，Caprai表示 海洋結(jié)構(gòu)物的綜合定位能力，?\為第i個(gè)推進(jìn)器的推力。越高表示第i個(gè)推進(jìn)器的 推力敏感性越高； 推力展開(kāi)向量通過(guò)推力器的初始推力和展開(kāi)系數(shù)向量計(jì)算得到，具體表達(dá)式為：
其中，是推力展開(kāi)向量，Ilii是第i個(gè)推力器推力，[Coefj]是展開(kāi)系數(shù)向量。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104050369SQ201410268449
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】王磊, 徐勝文, 邱荷珍, 汪學(xué)鋒, 張嫦利 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)