基于综合动力定位能力的推力敏感性分析方法
【专利摘要】本发明提出了一种基于综合动力定位能力的推力敏感性分析方法，包括步骤：计算该海洋结构物的艏向在工作艏向区间[ψstart，ψend]内的概率密度分布函数P(ψ)；根据动力定位能力综合分析判断标准定制判断方案；确定动力定位能力的稳定性在整体动力定位能力中所占的比重因子λ；计算各个推力器关于海洋结构物综合定位能力的推力敏感性。本发明一方面可以得到关于综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。当整个系统难以提供足够的推力时，增加敏感性最高的推力器的推力，效果更明显。另外，在设计推力系统时，敏感性最高的推力器需要更高的安全系数，以保证整个推力系统的正常工作。
【专利说明】基于综合动力定位能力的推力敏感性分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于综合动力定位能力的推力敏感性分析方法，是分析动力定位 系统的推力系统中每个推力器推力对定位能力的敏感性方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。海洋结 构物通过由几种不同推力器组成的推力系统产生的推力和力矩来平衡所受到的环境力和 力矩。推力器的推力对于海洋结构物的综合定位能力非常重要。为了得到每个推力器对整 个动力定位能力的影响以及辨别敏感性最高的推力器，必须要进行推力敏感性分析。当需 要提高海洋结构物的定位能力的时候，增加敏感性最高的推力器的推力，效果更明显。另 夕卜，在设计推力系统时，敏感性最高的推力器需要更高的安全系数，以保证整个推力系统的 正常工作。
[0004] 推力敏感性分析研究推力系统中所有推力器的推力敏感性。给定一个展开系数向 量，每个推力器根据推力展开系数进行动力定位能力分析和综合定位能力计算，得到每个 推力器推力敏感性结果。根据所给定的作业艏向区间，综合定位能力-推力器推力曲线的 斜率为推力敏感性。斜率越大，表示推力敏感性越大。
【发明内容】
[0005] 本发明就是为了分析在动力定位推力系统中每个推力器的推力对综合动力定位 能力的影响大小，解决在动力定位系统无法提供足够推力时选取更有效的方法，同时为设 计推力系统提供可靠指导。
[0006] 本发明原理如下：
[0007] 综合分析判断标准考虑两方面：整体平均动力定位能力和定位能力的稳定性。整 体平均动力定位能力考虑海洋结构物在工作海域的工作艏向区间（指该海洋结构物相对 于海洋环境条件的艏向角的区间）与其艏向在此艏向区间内的概率密度分布函数，计算动 力定位能力分析结果的期望值。定位能力的稳定性由此区间上的动力定位能力的标准差和 期望值的公式计算得到。
[0008] 所述的工作艏向区间，根据长时间对此海洋结构物在海上工作的调查得到。所述 的概率密度分布函数，根据长时间对此海洋结构物在海上工作的艏向的统计得到。因此，可 以认为该动力定位能力综合分析判断标准是专门为特定的海洋结构物工作在特定的海域 中定制的。
[0009] 工作艏向区间和艏向的概率密度分布函数构成工作海域下海洋结构物的特定工 作海况。在此定制的工作海况下可得到所述的整体平均定位能力和定位能力的稳定性，通 过两者的结合定制综合分析判断标准，推力器推力通过所述的综合分析标准得到综合定位 能力。推力器推力和综合定位能力构成推力敏感性分析方法。
[0010] 体平均定位能力和定位能力的稳定性，可以通过调节它们在整体定位能力中的权 重定制不同的判断方案，从而得到不同的综合定位能力，进而得到不同的推力敏感性结果。 [0011] 在所述推力敏感性分析中，假设各个推进器的推力是相互独立的。
[0012] 本发明的技术解决方法如下：
[0013] 一种基于综合定位能力的推力敏感性分析方法，该方法包括如下步骤：
[0014] 步骤1，由罗经等测量设备获取海洋结构物在工作海域定制的起始艏向角和终止 艏向角V start，，可由对该海洋结构物在工作海域的长期调查得到。海洋结构物的艏向 在工作艏向区间[vstart，v md]内的概率密度分布函数Ρ(Ψ)，可由对该海洋结构物在工作 海域的长期的统计得到。
[0015] 通过长期统计得到海洋结构物的艏向在工作艏向区间[vstart，vend]中的概率密 度分布函数ρ(ψ)的具体方法为：
[0016]
【权利要求】
1. 一种基于综合动力定位能力的推力敏感性分析方法，其特征在于，该方法包括如下 步骤： 步骤1，利用测量设备获取海洋结构物在工作海域定制的起始艏向角11^#和终止艏 向角vend， 计算该海洋结构物的艏向在工作艏向区间[vstart，vmd]内的概率密度分布函数 Ρ(ψ)，公式如下：
其中，c(Vi)表示海洋结构物的艏向角为Vi时的次数，p(Vi)表示海洋结构物的艏向 角为^的概率 如果无法得到海洋结构物艏向的统计结果，则假设其艏向在工作艏向区间中出现的概 率相同，即C(￥i) = Constant,则Ρ(ψ)表示为：
步骤2,根据动力定位能力综合分析判断标准定制判断方案，公式如下：
其中，Vstart，别是根据海洋结构物在当前海域工作的起始艏向角和终止艏向 角，Ρ(Ψ)是海洋结构物的艏向在工作艏向区间[Vstart，Vend]中的概率密度分布函数， Vw(U〇是由动力定位能力分析得到的在艏向角为Ψ时海洋结构物所能抵抗的最大风速， vw(￥)由动力定位能力分析软件计算得到，μ为考虑到工作艏向区间[￥start，￥ end]和艏向 概率密度分布函数Ρ(Ψ)后的ν￥(Ψ)的期望值，0为考虑到工作艏向区间[v start，ψΜ(1] 和艏向概率密度分布函数Ρ(Ψ)后的Vw(U〇的标准差，μ表示海洋结构物的整体平均动 力定位能力，e?i.表示海洋结构物动力定位能力的稳定性，λ表示动力定位能力的稳定性 在整体动力定位能力中所占的比重因子； 步骤3,确定动力定位能力的稳定性erf在整体动力定位能力中所占的比重因子λ :该 海洋结构物在工作时对动力定位能力的稳定性要求越高，λ的值取得越大，以期达到最符 合该海洋结构物的最佳标准； 步骤4,计算各个推力器关于海洋结构物综合定位能力的推力敏感性，其公式表示为
其中，为第i个推力器关于海洋结构物综合定位能力的推力敏感性，Caprai表示 海洋结构物的综合定位能力，?\为第i个推进器的推力。越高表示第i个推进器的 推力敏感性越高； 推力展开向量通过推力器的初始推力和展开系数向量计算得到，具体表达式为：
其中，是推力展开向量，Ilii是第i个推力器推力，[Coefj]是展开系数向量。
【文档编号】G06F19/00GK104050369SQ201410268449
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】王磊, 徐胜文, 邱荷珍, 汪学锋, 张嫦利 申请人:上海交通大学