基于二分法进行动力定位能力分析的方法技术

本发明专利技术提出了一种基于二分法进行动力定位能力分析的方法，包括步骤：制定二分判断函数I；确定风速作用区间[a，b]；设定求解容许误差ε为1m/s；计算并实时更新风速作用区间；总体寻优步数估计。本发明专利技术能够得到海洋结构物在不同艏向角下的所抵抗的最大环境力(一般由最大风速表示)，简化求解程序，提高求解效率，并且相较于传统方法，具有更好的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于二分法进行动力定位能力分析的方法
本专利技术涉及一种动力定位能力分析的方法，特别是对于具有多种推进器类型或者多个推进器的海洋结构物。
技术介绍
随着人类的探索领域向广袤的大洋延伸，在深水区域作业的海洋结构物，如海洋平台，各类工作船等的定位问题变的日益突出。在浅水区域，海洋结构物的定位尚且可以通过锚泊方式解决，但随着水深的加大，锚泊定位的成本呈指数趋势升高，所以需要新型的定位方式解决海洋结构物定位的问题。动力定位便是在这一背景下出现并发展起来的。海洋结构物上配置的动力定位系统通过卫星或水声列阵获得结构物当前位置，控制器由其与目标位置的偏差值计算出结构物回复到目标位置所需推力和转矩，推力系统产生所需的推力和转矩，使海洋结构物保持在目标位置附近。动力定位能力分析能够得到海洋结构物在不同艏向角下的动力定位能力。在设计和使用一套新的动力定位系统时，操作安全一直是第一要位的。为了预期达到一种安全和有效的操作，该系统在工作海域不同艏向下能够承受的最大环境力是必须要了解清楚的。因此在设计新的动力定位系统海洋结构物时，必须要进行动力定位能力分析。在进行动力定位能力分析时，传统的求解方法是在某计算角度下，逐步增加风速，通过推力分配，判断有无可行解。如果有可行解，则代表海洋结构物能够抵抗该风速所产生的力。继续增加风速，直到无可行解产生，即得到该角度下海洋结构物所能抵抗的最大风速，该角度的定位能力分析完成。再变换到其他角度进行分析。但是该方法所存在的缺点就是求解过程较慢，在进行求解的过程中，通常是要遍历计算域内的所有值，以判断是否存在可行解。另外，计算的规模以及计算步数事先也并不可知和估计。
技术实现思路
本专利技术就是为了解决在动力定位能力分析计算中计算速度较慢以及求解步数事先不可估计而提出的一种基于二分法进行动力定位能力分析的方法。本专利技术原理如下：该方法以所设计的二分判断函数作为求解流程的判断条件，风速作用区间构成求解过程的初始条件和后续迭代条件,求解容许误差作为求解终止与否的判断标准。在二分判断函数、风速作用区间和求解容许误差的共同作用下，不仅可以进行动力定位能力分析的快速求解，同时也能够估计总体寻优步数。求解容许误差的选择能够区分不同的求解精度，同时影响总体寻优步数。本专利技术技术解决方案如下：步骤1，根据动力定位能力快速求解方法制定二分判断函数。其中，I为二分判断函数，x∈A表示在所求解的区域内存在可行解，此时，I＝１，表示最终可承受的风速会大于现在的计算风速；表示在所求解的区域内不存在可行解，此时I＝0，表示最终可承受的风速会不大于现在的计算风速。步骤2，确定风速作用区间[a，b]。为确保本方法的计算效率和稳定性，风速作用区间应该在包括最小和最大风速的前提下，尽可能的小，以减少计算时间。通常选取180°和90°艏向角情况下的最大风速作为参考。本方法建议风速作用区间的初始选值为：其中系数α(可能取值30％)和β(可能取值120％)的取值根据海洋结构物的特点进行选取。步骤3，设定求解容许误差ε。风速的求解容许误差通常选取为1m/s，根据实际需要，可以缩小求解容许误差。缩小该值，能够提高求解精度，但是会增加计算时间。步骤4，按照计算流程进行求解并且实时更新风速作用区间。计算流程如图1所示，每次计算，都对风速作用区间[a，b]进行二分，并根据二分判断函数决定更新后的风速作用区间[a，b]，进行后续计算，直到风力作用区间的模|b-a|小于或等于容许误差ε，便得出海洋结构物在该艏向角下所能承受的最大风速后续其他艏向角度的计算与此流程相似，完成所有角度的计算之后，海洋结构物的动力定位能力分析便完成。步骤5，总体寻优步数估计。本方法可以对寻优计算的总体最大步数进行估计。假设计算中的最初风速区间为[a0，b0]，求解容许误差为ε0，则区间[a0，b0]内的计算点的总数为：二分计算就是在总体的计算点Ptotal中进行二分，不断的接近最终的计算结果。实际上风力作用区间内的任意一个点可以表示为：其中，寻优步数N满足2N-1＜Ptotal≤2N，寻优N步，计算点数为2N-1最大计算步数可以通过下式进行估计：N＝[log2Ptotal]其中[.]表示取整。由此可见，通过给定最初的风力作用区间以及求解容许误差，就可以得到寻优的步数。与现有的计算方法相比，本计算方法具有求解步数较少求解时间较短的特点，同时寻优的步数可以预先估计，因而具有更强的稳定性和更高的效率。如果采用本方法，可以提升动力定位能力分析的效率，在求解点数较大的情况下，这种效率的提升体现的更为明显。附图说明图1为二分法求取最大风速流程图。图2为二分法计算结果和传统方法计算结果对比图具体实施方案为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和实施例，进一步阐述本专利技术。图1为二分法求取最大风速流程图，按照流程图，我们结合具体具体实例进行分析。某半潜平台需要进行动力定位能力分析，分析角度为0°到180°。首先执行步骤1，确定二分判断函数I，按照定义式：执行步骤2，确定风力作用区间[a，b]，本方法建议的初始取值公式为：根据平台的实际工作情况，风力作用区间设定为[a，b]＝[0，100]。执行步骤3，设定求解容许误差ε。风速的求解容许误差通常选取为1m/s，根据实际需要，可以缩小求解容许误差。本例中选取求解容许误差为1m/s。执行步骤4，按照计算流程进行求解并且实时更新风速作用区间。根据本例中所选取的计算区间，对其进行二分，二分后的风速中间值将其代入推力分配计算逻辑中进行计算，看该风速情况下，是否存在可行解。如果存在可行解，则此时风力作用区间更新为[a，b]＝[50，100]；如果不存在可行解，则此时风力作用区间更新为[a，b]＝[0，50]。判断风力作用区间[a，b]的长度是否小于容许求解误差ε，此时区间长度显然大于容许误差，则将更新后的区间再进行二分，并且重复之前的过程，直到区间长度小于容许误差为止，便可得到该角度下平台所能承受的最大风速。变换其他角度后计算过程类似。该平台在部分角度的计算数据如表1所示，其计算结果和传统方法的计算结果如图2所示。表1表1为部分角度下实例计算结果，结合表1，能够更好理解本方法的执行步骤的效率。表中所示的四个计算角度下，均只执行了7步便完成了计算，整个动力定位能力分析所用时间为38373s。相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于二分法进行动力定位能力分析的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1，制定二分判断函数I：I=1,x∈A0,x∉A]]>其中，x∈A表示在所求解的区域内存在可行解，此时，I＝1，表示最终可承受的风速会大于现在的计算风速；表示在所求解的区域内不存在可行解，此时I＝0，表示最终可承受的风速会不大于现在的计算风速；步骤2，确定风速作用区间[a，b]，设风速作用区间的初始选值为：a=α·Vmax90b=β·Vmax180]]>其中，系数α和β的取值根据海洋结构物的特点进行选取；步骤3，设定容许误差ε为1m/s；步骤4，计算并实时更新风速作用区间，具体过程如下：每次计算，对风速作用区间[a，b]进行二分，并根据二分判断函数决定更新后的风速作用区间[a，b]，进行后续计算，直到风力作用区间的模|b‑a|小于或等于容许误差ε，得出海洋结构物在该艏向角下所能承受的最大风速依次计算其他艏向角度；步骤5，总体寻优步数估计：假设计算中的最初风速区间为[a0，b0]，容许误差为ε0，则区间[a0，b0]内的计算点的总数为：Ptotal=b0-a0ϵ0]]>在总体的计算点Ptotal中进行二分，不断的接近最终的计算结果；实际上风力作用区间内的任意一个点表示为：x=(12Ptotal±14Ptotal±···±12NPtotal)·ϵ0]]>其中，寻优步数N满足2N‑1＜Ptotal≤2N，寻优N步，计算点数为2N‑1最大计算步数可以通过下式进行估计：N＝[log2Ptotal]其中[.]表示取整。...

【技术特征摘要】
1.一种基于二分法进行动力定位能力分析的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1，制定二分判断函数I：其中，x∈A表示在所求解的区域内存在可行解，此时，I＝1，表示最终可承受的风速会大于现在的计算风速；表示在所求解的区域内不存在可行解，此时I＝0，表示最终可承受的风速会不大于现在的计算风速；步骤2，确定风速作用区间[a，b]，设风速作用区间的初始选值为：其中，系数α和β的取值根据海洋结构物的特点进行选取；步骤3，设定容许误差ε为1m/s；步骤4，计算并实时更新风速作用区间，具体过程如下：每次计算，对风速作用区间[a，b]进行二分，然后选取二分后的中间值将其代入推力分配逻辑中进行计算，看该风速下，是否...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，徐胜文，金鑫，汪学锋，邱荷珍，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31