基于改进反步滑模控制算法的拖轮自主靠泊控制

[目的]针对拖轮的自主靠泊控制问题,研究基于虚拟船领导的目标跟踪控制策略在拖轮自主靠泊中的应用。[方法]首先,将拖轮的自主靠泊过程转变为虚拟拖轮和实际拖轮的目标跟踪控制过程;然后,设计靠泊系统的运动学模型,考虑靠泊场景中的特殊环境干扰,使用反步法和滑模控制法(SMC)设计全回转尾推进拖轮的自主靠泊控制器,提供了3种不同的滑模面设计并使用李雅普诺夫函数进行稳定性验证;最后,采用仿真实验的方式,通过靠泊轨迹、速度误差和距离误差来对控制的效果进行验证。[结果]仿真实验结果表明,设计的拖轮自主靠泊控制策略以及控制器在拖轮自主靠泊场景中具有较好的效果,面对系统的不确定干扰有较好的表现。[结论]该控制策略以及靠泊控制器的适用性以及鲁棒性较好,以全新的角度实现了拖轮自主靠泊控制,为后续拖轮的靠泊控制研究提供了新的方向。

深海海底反射拖船噪声伪目标判别

被动拖曳线列阵声纳深海环境应用中,针对拖船噪声在非端射方向形成伪目标判别问题,提出了一种深海拖船噪声海底反射伪目标判别方法。首先基于射线理论模型,给出了深海拖船噪声经海底反射形成伪目标的过程机理;然后提取各目标在不同频率波束输出功率的干涉特征;最后依据干涉特征,分析各目标干涉结构的频率间隔,实现伪目标判别。仿真数据和海试数据分析结果表明,该方法在干涉结构稳定,波束域海底反射声能量与背景噪声能量比8 dB以上,对伪目标判决准确性达到95%以上,有效解决了拖船噪声在非端射方向形成的伪目标判别问题,为后续判情提供参考。

海南炼化滚装码头丁靠系泊方案比选及验证

针对海南炼化滚装斜坡道改造工程提出的全潮位靠泊滚装船要求,进行了多方案比选研究,提出一种利用拖轮辅助大型滚装船丁靠系泊的新方案,旨在寻求工期短、投资省、施工和运营维护工作量小的最优设计方案。采用船舶系泊物理模型试验方法,研究了1万吨级滚装船船尾丁靠高水位坡道时,在不同装载度、不同水位及相应风、浪、流组合条件下的船舶运动量、缆绳张力和拖轮配置方案。试验结果表明,在适宜的风、浪、流组合条件下,利用拖轮辅助可使船舶运动量满足要求。利用拖轮辅助大型滚装船丁靠系泊方案可行,并提出了相应的系靠泊、装卸作业标准,特别是对水位、风力、波浪、拖轮、靠泊方式等的限制条件,可为类似工程设计提供参考。

基于改进Sarsa算法的拖轮动态调度方法

从优化Sarsa算法的角度展开拖轮动态调度方法研究。采用强化学习框架并结合拖轮的状态和环境信息,建立状态-动作函数,进而搜索拖轮调度最佳策略。改进Sarsa算法中Q函数的更新方式,以克服收敛速度慢的问题。同时,根据学习率选择模式和动作选择方式,对探索策略与利用策略加以平衡,以提高算法的收敛速度和性能。算例仿真实验结果表明,采用该算法可有效缩短船舶等待时间,进而提升拖轮资源的利用效率。

基于改进灰狼算法的港作拖轮调度研究

在船舶大型化的发展以及港口资源日益紧张的趋势下,拖轮调度作为减少港口拥堵与节约港口资源的重要手段,成为当前亟待解决的问题。通过以拖轮空驶燃油成本与拖轮助航燃油成本为目标函数,构建多停泊基地条件下的多目标拖轮调度模型,提出一种混合小生境灰狼算法(Hybrid Niche Grey Wolf Optimization,HNGWO)进行求解,针对拖轮调度问题的整数规划特点引入交叉修正更新策略,以加强算法的收敛性能,最后分别采用CPLEX、GA、PSO、GWO、HNGWO对多规模算例的求解结果进行对比分析。结果表明,HNGWO相比于GA、PSO的最优值平均优化比例可达5.07%,相比于GWO的收敛速度平均优化比例为13.23%,并输出中等规模下的收敛曲线与最优调度方案甘特图,直观展示了改进算法的求解效果与收敛速度,为提高港口通行效率与经济效益提供了参考方案。

精制蒸汽回转干燥机的故障分析与应对措施

针对PTA装置精制单元关键设备滚筒式蒸汽干燥机,总结出干燥机经常出现的设备问题,即蒸汽回转干燥机的减速箱、电机、轮带和拖轮的故障,从操作、设备多方面进行了具体的原因分析,由原因出发制定出工艺运行、日常巡检、日常维护、定期检修等方面的应对办法,制定了有效具体的预防措施,确保了精制单元滚筒式蒸汽干燥机的长期稳定运行,为PTA装置长期平稳提供保障。

拖轮四冲程主机故障维修研究

主机是舰船的“心脏”,其工作状态的优劣,关系到舰船的航行安全。尤其是援救拖船,通常要在极端恶劣的海情条件下进行救援,因此对其运行的可靠性提出了更高的要求。本舰船配备一台4500 kW锡兰4行程9L32型4冲程柴油机,采用UNIC控制装置。主要包括主控制器、安全模块、电源模块和显示模块,主控制器采用WOODWARDPGA-EG,主控制器为主控模块。文章就这一故障现象,逐一进行了分析,找出了可能造成这一问题的原因,并进行了排除,同时结合有关设备的特性,对其进行了定期的维修和维护。

面向多停泊基地的港口拖轮调度优化研究

拖轮调度是典型的多处理器任务调度问题,针对多停泊基地和不同作业模式下的拖轮调度,以最大完工时间和总作业油耗最小化为目标,建立了拖轮调度多目标优化模型。采用演化策略算法对多停泊基地拖轮调度优化问题进行计算,提出一种基于轮盘赌概率分配的编码和解码方法。计算结果表明了演化策略算法的有效性和可行性,优化后的最大完工时间最小值相比仿真运行结果取得较大的改善,不同作业模式下均减少了约16%;计算结果还表明不同作业模式对拖轮调度结果会产生较大影响。

不停产状态下运用单拖轮对FPSO限位的可行性研究

在海上油气田建设中,为确保施工作业安全,经常需要对FPSO绕单点旋转的运动进行位置控制(俗称限位),以避免施工过程中FPSO对工程船的影响。限位的常规做法是,用两条拖轮或者两个定位锘成"八"字形分布,将FPSO固定在某一位置,并使其保持静止状态。然而,此种方法往往仅考虑到工程船与FPSO之间的相对安全距离,而忽略了海流作用力对FPSO的影响,易对FPSO与单点间的连接系统钢臂轭造成潜在的伤害。本文从FPSO随潮汐运动的规律入手,介绍使用单条拖轮对FPSO进行科学控位的新方式。该施工作业法简单经济、安全可靠,并且能最大程度保持FPSO自身设计的旋转运动状态。

减压水池半浸桨空化水动力性能试验技术研究

本文介绍了对两个不同剖面形状的库存桨进行常压情况下 ,四次重复性试验及经激光传输系统试验和改变不同浸深比试验的情况。减压情况下 ,通过既改变空泡数又改变浸深比的多方案螺旋桨水动力性能试验来建立和完善半浸桨空化性能试验技术。试验研究证明 ,减压拖曳水池及其测力系统 ,信号传输系统和减压设备是能够完成普通桨和半浸桨空化与非空化水动力性能的敞水试验。

港口拖轮作业的计算机仿真研究

港口拖轮作业是港口服务系统的重要组成部分,拖轮的合理配置直接影响着到港船舶的数量和吨位。本文通过分析港口拖轮作业的过程及其特点,将离散事件仿真技术应用到拖轮作业系统中,建立变服务台排队模型,根据实际记录数据,选择最接近的概率分布形式,通过仿真计算得到船舶的平均等待时间、最大排队队长及各种拖轮的利用率等参数,为决策者合理配置拖轮提供了科学的依据。

基于粒子群算法的并行多机调度问题研究

将港口拖轮作业调度问题描述为一类带特殊工艺约束的并行多机调度问题,采用粒子群算法求解该类调度问题,提出了一种2维粒子表示方法,通过对粒子位置向量进行排序生成有效调度,并采用粒子位置向量多次交换的局部搜索方法来提高算法的搜索效率。最后,通过计算验证了混合粒子群算法的有效性。

船舶失控应急的港珠澳大桥桥区水域尺度

确定桥区水域范围是保证通航船舶和桥梁安全的一个重要因素,但是目前国内外对于如何划分桥区水域的大小并没有明确的标准。以港珠澳大桥为研究对象,从桥梁的有效航宽、拖轮施救时间和船舶失控危险区域三个方面计算了桥区水域尺度。通过对各种工况的计算比较,得出港珠澳段桥区水域尺度为桥梁两侧各2 n mile。

多停泊基地约束下港口拖轮作业的一体化调度优化

在分析拖轮调度问题基本性质的基础上,结合多处理器任务调度理论,构建了以拖轮总作业时间最小化为目标函数、考虑多停泊基地条件下的一体化调度优化模型;针对问题特点设计了混合模拟退火算法并对其进行求解;以二维实整数的方式作为解的表现形式,在初始解的生成过程中加入首艘可用拖轮的启发式规则,并运用三点交叉的方式产生新解.数值实例结果表明,所提出的算法收敛性较好,求解结果比现行调度规则所得结果的优化率提高了20%.对系统参数的分析表明:移泊作业所占比例和到港船舶类型对目标函数的影响较大;在拖轮配备中,总作业时间对拖轮配备情况具有极弱的敏感性,而在不同装卸作业时间下总作业时间的变化无规律性.

拖轮动态调度的混合演化策略算法设计

针对单向航道港口,采用基于时间窗口的滚动调度策略对拖轮作业动态调度问题进行研究。以拖轮最大作业时间最小化为目标,采用滚动时序的方法构建动态调度模型。利用基于3种不同局部搜索策略的混合演化策略算法对该模型进行优化求解,设计个体修正方法,保证所有个体在优化过程中均为可行解。算例分析结果表明,该策略在收敛速度和求解结果方面较传统粒子群算法、模拟退火算法及基本演化策略算法更优,在3种不同的局部搜索策略中,基于互换操作的局部搜索策略对算法性能的优化更加理想。通过一系列对比实验对算法的参数设置进行分析研究。

复式航道港口拖轮配置仿真优化

为更好地指导复式航道港口拖轮资源的配置,构建了拖轮作业仿真模型。基于复式航道的特点,给出了基于Arena的仿真模型,并嵌入了以拖轮耗油总成本最小为目标的作业调度优化模型;给出了嵌入启发式规则的遗传算法用于求解该模型;并通过多次仿真实验,兼顾拖轮的作业耗油总成本和闲置率,筛选出当前的最优配置方案;通过拖轮闲置率随船舶类型和数量变化的仿真分析,并结合未来船舶大型化的趋势,给出了未来的拖轮最佳配置方案。

重力式码头抛石基床遭水流冲刷破损后的诊断和治理

结合工程实例，论述了重力式码头抛石基床遭拖轮启动工作时尾吹水流冲刷破损后的检测诊断方法和加固治理措施。通过潜水探摸检查和水下地形测量能得到抛石基床破损的部位和程度；通过测量拖轮启动工作时尾吹水流流速并与规范值比较，得到造成抛石基床10～100kg块石启动的原因；利用规范法和有限元模型两种方法对码头现状的稳定性进行计算分析，试算得出抛石基床遭水流冲刷的极限进深值，并与潜水探摸实测值比较后评定码头的安全性；结合工程特点，提出浇注水下不离析混凝土填充沉箱前趾下空洞并采用模袋混凝土护面、护坡和护底的加固施工方案，旨在恢复和增强原码头抛石基床的设计顶高程及基床的受力性能并考虑到大流速作用环境，恢复和增强基床系数与板结防冲刷能力。

带特殊工艺约束的双目标并行多机调度问题研究

港口的拖轮调度过程是一类带特殊工艺约束的并行多机调度问题。采用基于进化策略的混合算法,设计了基于工件的编码方式,对次序杂交算子进行了扩展,设计了一种扩展“倒位”变异算子,并采用相邻不同基因多次交换的局部搜索方法。算法的设计自动满足了工艺约束,保证了种群的多样性。设计了最大完工时间和生产加工成本双目标评价函数,最后通过计算对混合算法进行了验证。

遗传算法在拖轮调度中的应用

根据某港口的实际情况,分析拖轮工作的工作过程和特点,以拖轮编号作为编码形式,将遗传算法应用到拖轮调度系统中,实现优化调度,提高拖轮作业的效率。

考虑多阶段共用平行机特征的拖轮作业模式优化

在对拖轮调度问题进行分析的基础之上,将拖轮调度问题归结为一类具有多阶段共用平行机器特征的多处理器任务调度问题。建立了考虑靠泊与停泊两阶段、考虑切换时间的拖轮调度优化模型,并设计了启发式规则与模拟退火相结合的混合算法(HSA)求解该模型。通过运用所设计算法求解仿真算例,并将其结果与三种基于现行调度规则的调度方案进行比较,验证了模型与算法的高效性。基于此,对不同拖轮数量状态下的调度研究结果显示,拖轮总作业时间与平均单艘拖轮作业时间二者存在着一定的矛盾性;并指出采用拖轮适时返回停泊基地的作业模式,可有效地降低拖轮作业时间,进而提高有限拖轮资源的利用率,实现节能减排、绿色运输。