基于二分法進行動力定位能力分析的方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于二分法進行動力定位能力分析的方法，包括步驟：制定二分判斷函數(shù)I；確定風速作用區(qū)間[a，b]；設定求解容許誤差ε為1m/s；計算并實時更新風速作用區(qū)間；總體尋優(yōu)步數(shù)估計。本發(fā)明能夠得到海洋結構物在不同艏向角下的所抵抗的最大環(huán)境力(一般由最大風速表示)，簡化求解程序，提高求解效率，并且相較于傳統(tǒng)方法，具有更好的穩(wěn)定性。
【專利說明】基于二分法進行動力定位能力分析的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種動力定位能力分析的方法，特別是對于具有多種推進器類型或者 多個推進器的海洋結構物。

【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(shù)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(xiàn)并發(fā)展起來的。海洋 結構物上配置的動力定位系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)海洋結構物時，必須要進行動力定位能力分析。
[0004] 在進行動力定位能力分析時，傳統(tǒng)的求解方法是在某計算角度下，逐步增加風速， 通過推力分配，判斷有無可行解。如果有可行解，則代表海洋結構物能夠抵抗該風速所產生 的力。繼續(xù)增加風速，直到無可行解產生，即得到該角度下海洋結構物所能抵抗的最大風 速，該角度的定位能力分析完成。再變換到其他角度進行分析。但是該方法所存在的缺點 就是求解過程較慢，在進行求解的過程中，通常是要遍歷計算域內的所有值，以判斷是否存 在可行解。另外，計算的規(guī)模以及計算步數(shù)事先也并不可知和估計。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明就是為了解決在動力定位能力分析計算中計算速度較慢以及求解步數(shù)事 先不可估計而提出的一種基于二分法進行動力定位能力分析的方法。
[0006] 本發(fā)明原理如下：
[0007] 該方法以所設計的二分判斷函數(shù)作為求解流程的判斷條件，風速作用區(qū)間構成求 解過程的初始條件和后續(xù)迭代條件，求解容許誤差作為求解終止與否的判斷標準。在二分 判斷函數(shù)、風速作用區(qū)間和求解容許誤差的共同作用下，不僅可以進行動力定位能力分析 的快速求解，同時也能夠估計總體尋優(yōu)步數(shù)。
[0008] 求解容許誤差的選擇能夠區(qū)分不同的求解精度，同時影響總體尋優(yōu)步數(shù)。
[0009] 本發(fā)明技術解決方案如下：
[0010] 步驟1，根據(jù)動力定位能力快速求解方法制定二分判斷函數(shù)。
[0011]
[0012] 其中，I為二分判斷函數(shù)，X e A表示在所求解的區(qū)域內存在可行解，此時，I = 1， 表示最終可承受的風速會大于現(xiàn)在的計算風速；^ 4表示在所求解的區(qū)域內不存在可 行解，此時I = 〇,表示最終可承受的風速會不大于現(xiàn)在的計算風速。
[0013] 步驟2,確定風速作用區(qū)間[a，b]。為確保本方法的計算效率和穩(wěn)定性，風速作用 區(qū)間應該在包括最小和最大風速的前提下，盡可能的小，以減少計算時間。通常選取180° 和90°艏向角情況下的最大風速作為參考。本方法建議風速作用區(qū)間的初始選值為 ：
[0014]

【權利要求】
1. 一種基于二分法進行動力定位能力分析的方法，其特征在于，該方法包括如下步 驟： 步驟1，制定二分判斷函數(shù)I :
其中，X e A表示在所求解的區(qū)域內存在可行解，此時，I = 1，表示最終可承受的風速 會大于現(xiàn)在的計算風速； X貧4表示在所求解的區(qū)域內不存在可行解，此時I = 0,表示最終可承受的風速會不 大于現(xiàn)在的計算風速； 步驟2,確定風速作用區(qū)間[a，b]，設風速作用區(qū)間的初始選值為：
其中，系數(shù)α和β的取值根據(jù)海洋結構物的特點進行選取； 步驟3,設定容許誤差ε為lm/s ; 步驟4,計算并實時更新風速作用區(qū)間，具體過程如下：每次計算，對風速作用區(qū)間[a， b]進行二分，并根據(jù)二分判斷函數(shù)決定更新后的風速作用區(qū)間[a，b]，進行后續(xù)計算，直到 風力作用區(qū)間的模|b_a|小于或等于容許誤差ε，得出海洋結構物在該艏向角下所能承受 的最大風速= % 依次計算其他艏向角度； 步驟5,總體尋優(yōu)步數(shù)估計：假設計算中的最初風速區(qū)間為[aybj，容許誤差為％，則 區(qū)間[aQ，bQ]內的計算點的總數(shù)為：
在總體的計算點Ptotal中進行二分，不斷的接近最終的計算結果； 實際上風力作用區(qū)間內的任意一個點表示為：
其中，尋優(yōu)步數(shù)N滿足2H < Ptotal彡2N，尋優(yōu)N步，計算點數(shù)為2N-1最大計算步數(shù)可以 通過下式進行估計： N = [l〇g2Ptotal] 其中[·]表示取整。
【文檔編號】G06F19/00GK104050370SQ201410269891
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權日:2014年6月17日
【發(fā)明者】王磊, 徐勝文, 金鑫, 汪學鋒, 邱荷珍 申請人:上海交通大學