船用起重機(jī)主動(dòng)升沉補(bǔ)償預(yù)報(bào)算法與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、具有主動(dòng)升沉補(bǔ)償系統(tǒng)的船用起重機(jī)是智能化的海洋工程裝備，能夠補(bǔ)償因風(fēng)、浪、流等環(huán)境因素干擾而引起的吊物升沉擾動(dòng)，從而保障海上吊裝的安全性。但在實(shí)際補(bǔ)償控制中，傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)間存在時(shí)滯現(xiàn)象，造成系統(tǒng)的控制品質(zhì)變差，嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的補(bǔ)償精度。如果能提前準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出未來(lái)短期內(nèi)的升沉運(yùn)動(dòng)值，并提前根據(jù)預(yù)報(bào)值輸出控制指令，這將使得升沉補(bǔ)償系統(tǒng)跳過(guò)“死區(qū)”，從而提高該系統(tǒng)的補(bǔ)償精度和穩(wěn)定性。因此，開展船用起重機(jī)升沉運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)算法的研究，將對(duì)主動(dòng)升沉

2、補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。
　　本文采用理論研究、計(jì)算機(jī)建模仿真與實(shí)驗(yàn)分析相結(jié)合的研究方法對(duì)船用起重機(jī)主動(dòng)升沉補(bǔ)償預(yù)報(bào)算法進(jìn)行研究。主要完成的研究工作如下：
　　首先，深入分析了船用起重機(jī)出繩點(diǎn)升沉運(yùn)動(dòng)時(shí)間序列的內(nèi)在特性，根據(jù)時(shí)間序列的混沌特征參數(shù)，證明了船用起重機(jī)出繩點(diǎn)升沉運(yùn)動(dòng)時(shí)間序列具有混沌特性，利用相空間重構(gòu)技術(shù)對(duì)升沉運(yùn)動(dòng)序列進(jìn)行重構(gòu)后建立了最小二乘支持向量機(jī)(LSSVM)的多步預(yù)報(bào)模型，采用不同浪向

3、角下的升沉運(yùn)動(dòng)序列進(jìn)行預(yù)報(bào)仿真，仿真結(jié)果表明，與單一的LSSVM預(yù)報(bào)模型相比，基于混沌理論與LSSVM的預(yù)報(bào)模型，充分挖掘了船用起重機(jī)出繩點(diǎn)升沉運(yùn)動(dòng)時(shí)間序列所蘊(yùn)含的變化特性及規(guī)律，預(yù)報(bào)結(jié)果更加準(zhǔn)確。
　　其次，從極限學(xué)習(xí)機(jī)與序貫極限學(xué)習(xí)機(jī)（OSELM）的原理及基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，建立了混沌理論與OSELM的組合預(yù)報(bào)模型（COSELM），針對(duì)該預(yù)報(bào)模型仿真結(jié)果的不穩(wěn)定性，提出了一種基于OSELM的優(yōu)化算法——增強(qiáng)搜索序貫極限學(xué)習(xí)機(jī)（ES-

4、OSELM），它能利用誤差最小化方法優(yōu)化選擇極限學(xué)習(xí)機(jī)的隱藏層神經(jīng)元數(shù)。應(yīng)用混沌理論與ES-OSELM組合預(yù)報(bào)模型(CES-OSELM)對(duì)升沉運(yùn)動(dòng)時(shí)間序列進(jìn)行了20秒的超前預(yù)報(bào)，仿真結(jié)果表明，基于 CES-OSELM的模型比COSELM的預(yù)報(bào)模型具有更好的穩(wěn)定性和更高的預(yù)報(bào)精度。
　　最后，為檢驗(yàn)以上預(yù)報(bào)算法的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，研制了一套船用起重機(jī)升沉運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)半物理仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括三自由度船舶運(yùn)動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)、起重機(jī)起吊機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)臺(tái)