多功能全回转起重船调拨配载控制方法及起重船技术

多功能全回转起重船调拨配载控制方法包括：得出平衡方程，以初稳性高最大为目标，得到起吊准备阶段模型，利用单目标遗传算法得到最优解；以各个压载舱调拨量最大值最小、平衡状态时起重船纵倾角最小、平衡状态时起重船横倾角最小作为目标，得到起吊重物阶段数学模型；以各个压载舱调拨量最大值最小、回转过程中起重船纵倾角最大值最小、回转过程中起重船横倾角最大值最小作为目标，得到起吊回转阶段数学模型；利用多目标遗传算法得到最优解集，利用基于熵权的TOPSIS方法对最优解排序，设定排序最高的最优解为起吊重物阶段/回转阶段目标调拨配载方案；控制起重船按照目标调拨配载方案运行。还提供一种起重船。本发明专利技术可以提高调拨配载效率和精度。配载效率和精度。配载效率和精度。

【技术实现步骤摘要】
多功能全回转起重船调拨配载控制方法及起重船


[0001]本专利技术属于起重船舶
，尤其涉及一种多功能全回转起重船调拨配载控制方法，以及一种多功能全回转起重船。

技术介绍

[0002]随着海洋开发技术的不断发展，模块化、大型化成为海洋工程建设的主要特点。起重船是海洋工程建设中的一种主要设备，也凸显出日趋重型化的特点。起重船按照起重机械的结构形式，分为固定扒杆式和回转式，其中全回转起重船的起吊、回转作业会导致船体发生纵向或横向倾斜，影响船舶自身安全。随着起重船起重量级的大型化，这个问题更为突出。吊装物的重量产生巨大的倾覆力矩，静横倾角可能达到7
‑
8度，甚至更大。为解决这一问题，通过反向加载大量压载水可以部分抵消吊重产生的倾斜力矩，使船舶处于安全浮态。尤其是回转起重机在船的左右船舷带载回转时，倾覆力矩在短时间内反向，需要迅速调拨压载水，否则会使船舶倾斜加剧，威胁作业安全。
[0003]船舶配载过程需压载系统及压载水加载、调拨的支持，从而保证其安全高效工作。现有技术中公开了多种研究成果，例如夏华波等对遗传算法进行了改进，提出种群全部交叉和分布式动态惩罚函数法等改进机制，对驳船配载中的调载水量分布进行优化，以在较短时间内完成配载作业。Bara等建立运行状态的船体受力分析模型，基于图论提出吊装货物时压载系统稳性最优控制策略，以降低能耗。刘晓宇以起重船起吊回转工作过程中压载水总调拨量最小为优化目标，考虑稳性要求，建立起重船压载水调拨量优化模型。刘志杰等以起重船舶各压载舱室也为变化量为优化变量，压载舱压载水总调配量最小为优化目标，起重调配过程船体平衡为约束条件，建立起重船舶压载水调配优化模型。潘伟等提出一种起重船压载水调节数学模型，实现在浮态满足规范要求下，起重船作业过程中吊臂匀速回转及压载水总调节量最小的目的。
[0004]在上述多种研究成果中，最常见的方式还是以压载水总调拨量最小作为单一优化目标，具体实施时起重机每回转一个小角度即需要确定一次调拨配载方案。如果回转角度较大，最终确定的调拨配载方案较为复杂，存在操纵难度大的问题。
[0005]本
技术介绍
所公开的上述信息仅仅用于增加对本申请
技术介绍
的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术中以压载水总调拨量最小作为单一优化目标，具体实施时起重机每回转一个小角度即需要确定一次调拨配载方案，导致在回转角度较大时，最终确定的调拨配载方案复杂，操纵难度大的问题，设计并公开一种多功能全回转起重船调拨配载控制方法。
[0007]一种多功能全回转起重船调拨配载控制方法，包括以下步骤：起吊准备阶段：根据起重船静水中的平衡方程得出起重船正浮时的平衡方程，以起重船初稳性高度最大为优化
目标，得到起吊准备阶段优化数学模型，利用单目标遗传算法对所述起吊准备阶段优化数学模型求解，得到起吊准备阶段最优解，所述起吊准备阶段最优解至少包括各压载舱的加载量；起吊重物阶段：以各个压载舱调拨量最大值最小、平衡状态时起重船纵倾角最小、平衡状态时起重船横倾角最小作为三个优化目标，得到起吊重物阶段数学模型，利用多目标遗传算法对所述起吊重物阶段数学模型求解，得到所述起吊重物阶段数学模型最优解集，利用基于熵权的TOPSIS方法对所述起吊重物阶段数学模型最优解集中的最优解排序，设定排序最高的最优解为起吊重物阶段目标调拨配载方案；起吊回转阶段：以各个压载舱调拨量最大值最小、回转过程中起重船纵倾角最大值最小、回转过程中起重船横倾角最大值最小作为三个优化目标，得到起吊回转阶段数学模型，利用多目标遗传算法对所述起吊回转阶段数学模型求解，得到所述起吊回转阶段数学模型最优解集，利用基于熵权的TOPSIS方法对所述起吊回转阶段数学模型最优解集中的最优解排序，设定排序最高的最优解为起吊回转阶段目标调拨配载方案；控制起重船在起吊准备阶段、起吊重物阶段和/或起吊回转阶段分别按照所述起吊准备阶段最优解，所述起吊重物阶段目标调拨配载方案和所述起吊回转阶段目标调拨配载方案运行。
[0008]同时还公开一种多功能全回转起重船，多功能全回转起重船执行以下调拨配载控制方法：起吊准备阶段：根据起重船静水中的平衡方程得出起重船正浮时的平衡方程，以起重船初稳性高度最大为优化目标，得到起吊准备阶段优化数学模型，利用单目标遗传算法对所述起吊准备阶段优化数学模型求解，得到起吊准备阶段最优解，所述起吊准备阶段最优解至少包括各压载舱的加载量；起吊重物阶段：以各个压载舱调拨量最大值最小、平衡状态时起重船纵倾角最小、平衡状态时起重船横倾角最小作为三个优化目标，得到起吊重物阶段数学模型，利用多目标遗传算法对所述起吊重物阶段数学模型求解，得到所述起吊重物阶段数学模型最优解集，利用基于熵权的TOPSIS方法对所述起吊重物阶段数学模型最优解集中的最优解排序，设定排序最高的最优解为起吊重物阶段目标调拨配载方案；起吊回转阶段：以各个压载舱调拨量最大值最小、回转过程中起重船纵倾角最大值最小、回转过程中起重船横倾角最大值最小作为三个优化目标，得到起吊回转阶段数学模型，利用多目标遗传算法对所述起吊回转阶段数学模型求解，得到所述起吊回转阶段数学模型最优解集，利用基于熵权的TOPSIS方法对所述起吊回转阶段数学模型最优解集中的最优解排序，设定排序最高的最优解为起吊回转阶段目标调拨配载方案；控制起重船在起吊准备阶段、起吊重物阶段和/或起吊回转阶段分别按照所述起吊准备阶段最优解，所述起吊重物阶段目标调拨配载方案和所述起吊回转阶段目标调拨配载方案运行。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术可以快速得到简单有效的起重船调拨配载方案，使得压载调拨与吊机作业配合，高效地完成作业。
[0010]结合附图阅读本专利技术的具体实施方式后，本专利技术的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1为本专利技术所提供的多功能全回转起重船调拨配载控制方法的流程图；
[0013]图2为一个视角下起重船在静水中任意状态的随船坐标系示意图；
[0014]图3为另一个视角下起重船在静水中任意状态的随船坐标系示意图；
[0015]图4为起吊准备阶段起重船的结构示意图；
[0016]图5为起吊重物阶段起重船的结构示意图；
[0017]图6示出起重船纵倾时纵倾角θ与浮心x方向坐标值的关系；
[0018]图7示出起重船横倾时横倾角与浮心y方向坐标值的关系；
[0019]图8为起吊重物阶段基于一组约束条件计算的最优解集的压载调拨配载方案的Pareto图；
[0020]图9为起吊重物阶段基于另一组约束条件计算的最优解集的压载调拨配载方案的Pareto图；
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能全回转起重船调拨配载控制方法，包括以下步骤：起吊准备阶段：根据起重船静水中的平衡方程得出起重船正浮时的平衡方程，以起重船初稳性高度最大为优化目标，得到起吊准备阶段优化数学模型，利用单目标遗传算法对所述起吊准备阶段优化数学模型求解，得到起吊准备阶段最优解，所述起吊准备阶段最优解至少包括各压载舱的加载量；起吊重物阶段：以各个压载舱调拨量最大值最小、平衡状态时起重船纵倾角最小、平衡状态时起重船横倾角最小作为三个优化目标，得到起吊重物阶段数学模型，利用多目标遗传算法对所述起吊重物阶段数学模型求解，得到所述起吊重物阶段数学模型最优解集，利用基于熵权的TOPSIS方法对所述起吊重物阶段数学模型最优解集中的最优解排序，设定排序最高的最优解为起吊重物阶段目标调拨配载方案；起吊回转阶段：以各个压载舱调拨量最大值最小、回转过程中起重船纵倾角最大值最小、回转过程中起重船横倾角最大值最小作为三个优化目标，得到起吊回转阶段数学模型，利用多目标遗传算法对所述起吊回转阶段数学模型求解，得到所述起吊回转阶段数学模型最优解集，利用基于熵权的TOPSIS方法对所述起吊回转阶段数学模型最优解集中的最优解排序，设定排序最高的最优解为起吊回转阶段目标调拨配载方案；控制起重船在起吊准备阶段、起吊重物阶段和/或起吊回转阶段分别按照所述起吊准备阶段最优解，所述起吊重物阶段目标调拨配载方案和所述起吊回转阶段目标调拨配载方案运行。2.根据权利要求1所述的多功能全回转起重船调拨配载控制方法，其特征在于：在起吊准备阶段，根据起重船静水中的平衡方程得出起重船正浮时的平衡方程包括以下步骤：在随船坐标系Ox
′
y
′
z
′
中，起重船在静水中任意状态下的平衡方程为：其中，(x
′
G
，y
′
G
，z
′
G
)表示起重船重心G在随船坐标系Ox
′
y
′
z
′
中的位置，(x
′
B
，y
′
B
，z
′
B
)表示起重船浮心B在随船坐标系Ox
′
y
′
z
′
中的位置；θ为纵倾角；为横倾角；W为起重船总重量；Δ为排水量；根据起重船在静水中任意状态下的平衡方程，得到在所述起吊准备阶段，起重船正浮时的平衡方程为：3.根据权利要求1所述的多功能全回转起重船调拨配载控制方法，其特征在于：所述起吊准备阶段优化数学模型为：
其中，W为起重船总重量；Δ为排水量；GM为起重船初稳性高度；θ为纵倾角；为横倾角；0≤G
i
≤G
max
，i＝1，2，
…
，N,表示起重船中N个压载舱中每一个压载舱压载水加载量的约束；i＝1，2，
…
，N,表示当起重船吃水保持不变时，压载水总量保持不变。4.根据权利要求1所述的多功能全回转起重船调拨配载控制方法，其特征在于：所述起吊重物阶段优化数学模型为：其中，M
i
,i＝1，2，
…
，N,表示N个压载舱中每一个压载舱的压载水调拨量，θ为纵倾角；为横倾角；W为起重船总重量；Δ为排水量；0≤M
i
≤M
max
，i＝1，2，
…
，N,表示N个压载舱中每一个压载舱的压载水调拨量的约束；i＝1，2，
…
，N表示调拨时，压载水总量保持不变。5.根据权利要求1所述的多功能全回转起重船调拨配载控制方法，其特征在于：所述起吊回转阶段优...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟珣，唐品，李德江，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：