船舶动力定位系统推力分配策略研究

针对船舶动力定位系统推力分配过程中推进系统的燃油消耗大、推进器磨损严重、推力误差存在等现象,提出一种以带权重的伪逆算法为基础、合理高效地解决船舶推力分配问题的方法.整个推力优化分配的目标是使推进系统的能耗最小,同时考虑推进器的方位角变化速率,推进器的推力禁区、推力饱和限制等情况,静态解决方法给出了基于最小能量的各推力的优化方向,在考虑禁止角情况下,全回转推进器方向角可以缓慢变化,而动态解决方法提供了动态能力.两者结合后,成为一种以能量优化为目的的推力分配算法.经仿真验证,静态和动态相结合的推力分配算法要比纯静态的算法消耗更少的能量,而且误差更小,应用前景比较广泛.     

一种基于遗传算法的无人潜水器推力分配优化方法

为解决无人潜水器（remotely operated vehicle,ROV）推力分配的输出饱和问题,文章提出一种基于遗传算法的无人潜水器推力分配优化方法。首先以某型微小型电动ROV的推进器空间布局为基础建立了ROV水平面与垂直面的推力数学模型,然后应用遗传算法分别对ROV的水平面与垂直面的推进器的推力分配进行优化,并与伪逆法的推力分配进行对比。仿真分析表明,与伪逆法推力分配相比,采用遗传算法优化的推力分配,不仅可以避免推力输出饱和,而且各推进器输出推力的合力或力矩与期望的合力或力矩基本吻合,误差可以保证在±1%以内。     

基于SQP算法的7000m载人潜水器有约束非线性控制分配研究

以7000m载人潜水器为研究对象，分析了潜水器的推进系统，并给出了6自由度推力转换模型，重点讨论了载人潜水器控制分配的优化问题．结合7000m载人潜水器的推进器布置和推进器特点，设计了优化准则代价函数，采用序列二次规划（sequential quadratic programming，SQP）算法求解了载人潜水器的非线性控制分配问题，通过半物理仿真平台实验验证了本文提出的控制分配算法的正确性和有效性．     

基于干扰精细估计与神经网络推力分配的载人潜水器控制

针对潜水器在水下运行时会受到洋流、参数摄动等多种干扰因素影响和潜水器的过驱动问题,设计一种基于干扰观测的反步控制器和基于神经网络二次规划的推力分配器的双层控制结构.首先,建立潜水器系统在洋流影响下的动力学模型;其次,将潜水器受到的干扰分为由洋流产生的干扰和由其他因素引起的干扰两部分,分别使用洋流观测器和非线性干扰观测器进行估计,并基于干扰观测信息利用反步法设计运动控制器;然后,针对潜水器的过驱动特性以及推进器的推力受限问题,提出一种基于神经网络二次规划的推力分配方法;最后,使用Matlab进行数值仿真,验证所提控制方法的有效性和优越性.结果表明,基于干扰精细估计与神经网络推力分配的潜水器运动控制系统具有干扰估计更加准确、推进系统的耗能最优,以及避免推进器的推力超限等优势.     

7000米载人潜水器推进器故障容错控制分配研究

介绍了7000米载人潜水器推进系统的组成和推进器布置,描述了潜水器控制分配问题,对推进器推力和期望控制量进行了归一化处理．根据载人潜水器的推进器布置,建立了系统的控制分配模型,设计了推进器故障容错处理策略,研究了基于推力最小二范数的载人潜水器控制分配求解方法．采用基于伪逆矩阵与定点分配的混合控制分配求解算法,在半物理仿真平台上实验验证了控制分配求解算法的正确性和有效性．     

基于遗传算法的有限推力交会轨道优化仿真

针对有限推力空间飞行器交会对接逼近段燃料/时间组合最优轨道优化问题,提出了一种采用遗传算法求解的优化策略.以C-W方程为交会模型,将整个逼近段分为若干弧段,在每个弧段内追踪航天器均采用常值推力机动,这样可以求得C-W方程在每个弧段内的解析解,于是,交会对接逼近段的轨道优化问题可以转化为具有非线性约束的数学规划问题,最后采用广义拉格朗日-遗传算法对该问题进行了优化求解.数学仿真结果表明,该方法可以很好的解决交会对接终端逼近段燃料/时间组合最优轨道优化问题.     

基于改进遗传算法的动力定位船舶推力分配研究

针对船舶动力定位非凸约束非线性推力分配优化问题,首先建立了推进器功率消耗、磨损、推力误差的优化目标函数,然后分析约束条件,给出优化问题约束不等式,最后将邻域搜索引入遗传算法求解所定义推力分配问题。仿真结果表明该算法对于求解非凸约束非线性推力分配问题具有较强可行性与准确性,能有效降低推进系统功耗,提高船舶动力定位性能。     

二次分配问题的改进粒子群优化算法

粒子群优化算法已经成功地应用于求解连续域问题,但是对于离散域问题的求解,尤其涉及组合优化问题的研究和应用还很少。二次分配问题本身是一个离散域问题,因此,使用粒子群算法求解二次分配问题是一个新的研究方向。文章引入交叉策略和变异策略对粒子群优化算法进行改造,使得粒子群优化算法可以用来解决二次分配问题。     

微型推进器推力测试的现状及发展趋势

在简要介绍解决微型推进器推力测试问题所面临的挑战的基础上,总结了目前常用的解决微型推进器推力测试问题的技术途径:天平、倒摆和平行四边形方式,并分析了各自的优缺点.同时,根据微型推进器的发展,提出了未来微型推进器推力测试的发展趋势.     

支持向量机训练算法综述

训练SVM的本质是解决二次规划问题,在实际应用中,如果用于训练的样本数很大,标准的二次型优化技术就很难应用。针对这个问题,研究人员提出了各种解决方案,这些方案的核心思想是先将整个优化问题分解为多个同样性质的子问题,通过循环解决子问题来求得初始问题的解。由于这些方法都需要不断地循环迭代来解决每个子问题,所以需要的训练时间很长,这也是阻碍SVM广泛应用的一个重要原因。文章系统回顾了SVM训练的三种主流算法:块算法、分解算法和顺序最小优化算法,并且指出了未来发展方向。     

Modern modeling of a classic multiperiod problem

In this paper we discuss the integration of modeling and programming in order to solve problems in operations research and decision support. Our goal is to integrate modeling into the larger programming scheme of things and, conversely, to inject programming into modeling. This integration leads to a technologically open way to handle problems in OR, AI, etc. since the full programming arsenal can be brought to bear on these problems and since both problem solving and model management can be abetted by software engineering techniques. Here, by means of variations on a single example, we will illustrate the solution of a linear program, a goal program, a disjunctive program, a hill climbing search, a branch and bound search, and a parallel solution to a stochastic problem.     

基于IDCS能量优化的船舶舵/翼舵航向保持控制

船舶舵/翼舵能够有效提高翼面的升力系数,减小系统能耗,但操控面的增多会带来角度分配问题.根据航向控制机理,通过航向检测装置检测到的航向角,计算出系统的艏摇扶正力矩,并建立舵/翼舵角度优化分配规则,在系统驱动能量损耗指标下,提出了一种改进的动态布谷鸟搜索(IDCS)算法,提高了系统寻优过程的全局探测及局部搜索能力,实现舵角/翼舵角度的智能优化分配.仿真结果表明:舵/翼舵能够避免了单体舵出现的舵速饱和现象,提高了航向控制效果并有效降低系统能耗;同时相较于遗传算法(GA)和布谷鸟搜索(CS)算法,基于IDCS算法的舵角/翼舵角分配策略也能够取得更小的能耗指标,从而证明了所提出的算法有效性和工程应用价值.     

船舶运动视景仿真系统设计与实现

针对研究船舶各种运动状态,为有效验证控制器的功能提供有效平台。采用船舶运动可视化,对视景仿真系统进行开发,对各种常见的建模和驱动技术进行了重点研究。提出了船舶运动视景仿真系统的整体设计方案及流程,利用建模软件Creator建立了逼真的三维船舶实体模型,采用DOF节点技术建立了舵\翼舵、鳍\翼鳍及螺旋桨的活动模型;解决了视景仿真系统开发中的视点切换、多通道显示、仿真数据加载等关键问题;基于VC++集成开发环境和Vega API编程技术开发了系统。三维仿真结果表明系统具有较好交互性和逼真度,为船舶运动特性研究提供了可靠手段。     

Logic thrust allocation applied to multivariable control of the training ship

This paper describes a new thrust-allocation algorithm applied in steering system of the training ship. The allocation is a problem of the distribution of a small number of control signals from regulator to a large number of commands for propellers to move the ship precisely in a desired manner. Several requirements for allocation unit were formulated to ensure a reduction of the thrusters power consumption. Described algorithm bases on logic inequalities and simple calculations operations. The results of simulation and full-scale trials are presented as a verification of the algorithm work.     

Neural network approach for allocation with capacity

In this paper we discuss neural network approach for allocation with capacity constraints problem. This problem can be formulated as zero-one integer programming problem. We transform this zero-one integer programming problem into an equivalent nonlinear programming problem by replacing zero-one constraints with quadratic concave equality constraints. We propose two kinds of neural network structures based on penalty function method and augmented Lagrangian multiplier method, and compare them by theoretical analysis and numerical simulation. We show that penalty function based neural network approach is not good to combinatorial optimization problem because it falls in the dilemma whether terminating at an infeasible solution or sticking at any feasible solution, and augmented Lagrangian multiplier method based neural network can alleviate this suffering in some degree.     

Matlab与有限元程序设计

详细比较了Matlab与其它高级语言进行有限元编程的优缺点,并讨论了Matlab有限元编程的方法及技巧。实践证明,Matlab是进行有限元工程计算编程的最高效的编程工具。     

Convergence of a lowest-order finite element method for the transmission eigenvalue problem

The transmission eigenvalue problem arises in scattering theory. The main difficulty in its analysis is the fact that, depending on the chosen formulation, it leads either to a quadratic eigenvalue problem or to a non-classical mixed problem. In this paper we prove the convergence of a mixed finite element approximation. This approach, which is close to the Ciarlet–Raviart discretization of biharmonic problems, is based on Lagrange finite elements and is one of the less expensive methods in terms of the amount of degrees of freedom. The convergence analysis is based on classical abstract spectral approximation result and the theory of mixed finite element methods for solving the stream function–vorticity formulation of the Stokes problem. Numerical experiments are reported in order to assess the efficiency of the method.     

A modified gradient method for finite element elastoplastic analysis by quadratic programming

The finite analysis problem with piecewise linear constitutive laws is formulated as a linear complementarity and a quadratic programming problem. The solution techniques using the well-known optimization methods of mathematical programming are discussed and a procedure, belonging to the class of gradient methods, is proposed which overcomes the computational difficulties that arise when there is a large number of variables.Through a physical interpretation of the gradient of the objective function, each mathematical step of the proposed optimization technique is translated into a corresponding physical operation on the structure and a mechanical solution procedure with a finite number of steps is derived.Finally, for the incremental analysis problem under non-holonomic constitutive laws the same procedure is adopted combined with the multistage loading technique. Illustrative examples for each of the preceding problems are given.     

基于分布估计算法的弹性飞翼飞行器多操纵面控制分配

针对弹性飞翼飞行器多操纵面控制分配问题,提出了衡量弹性震动的机振力指标,建立了完整的控制分配模型,提出了采用分布估计算法（EDA）对模型进行求解。首先进行舵面结构设计,分析各气动舵面的工作方式及控制能力,并依据气动数据中升降副翼、余度舵、副翼的舵面控制效率,进行舵面功能配置。在进行控制分配时,分析控制分配的主要性能指标,确立总体多目标优化评价函数,并结合等式和不等式约束条件。采用性能优越的EDA进行求解。通过建立概率模型来估计真实分布,在EDA的进化过程中,各个舵面会根据偏转效率进行分配,结合优化函数最终收敛到最优解。最后分析机翼气动弹性对系统静态操纵效能的影响。从不考虑气动弹性系统响应曲线和考虑气动弹性之后的系统响应曲线比较结果可以看出,有弹性情况下系统响应曲线超调量和过渡时间都减小,飞翼式飞行器飞行品质得到显著提高,优化之后系统效能提高了10%。仿真结果表明,EDA能够较好地解决控制分配问题,并能提高系统动态品质,验证了多操纵面控制分配模型和算法的有效性。