[發(fā)明專利]一種基于人工魚群算法的船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)推力分配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710088312.6
• 申請(qǐng)日: 2017-02-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106773722B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏國(guó)清;韓志偉;邵興超;劉建旭;陳興華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種基于人工魚群算法的船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)推力分配方法，其特征是包括如下步驟：

步驟1.建立動(dòng)力定位系統(tǒng)的推力分配模型，令參與推力分配的輸入量τ＝[τ_x,τ_y,τ_z]，則τ＝B(α)u

其中u＝[u₁,u₂,…,u₅]，

τ_x、τ_y、τ_z分別為輸入的縱向、橫向和艏搖方向的推力；u為5個(gè)推進(jìn)器輸出的推力矢量；α_i為第i個(gè)推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)方位角，l_xi、l_yi分別為第i個(gè)推進(jìn)器與船舶旋轉(zhuǎn)中心的縱向、橫向距離，B(α)是對(duì)應(yīng)的矩陣；

步驟2.初始化魚群：初始化人工魚群參數(shù)，所述參數(shù)包括：人工魚群規(guī)模M、每條人工魚的初始位置、視野Visual和步長(zhǎng)Step、擁擠度因子δ、最大重復(fù)嘗試次數(shù)try_number、最大迭代次數(shù)；

步驟3.將步驟1和步驟2得到的信息讀入人工魚群算法中；

步驟4.更新算法的迭代次數(shù)；

步驟5.每條人工魚分別執(zhí)行兩種行為：第一種行為，每條人工魚執(zhí)行聚群行為，缺省行為是覓食行為；第二種行為，每條人工魚執(zhí)行追尾行為，缺省行為是覓食行為；

步驟6.計(jì)算每個(gè)人工魚個(gè)體的適應(yīng)度值：建立推力分配數(shù)學(xué)模型，其中目標(biāo)函數(shù)為：

其中，第一項(xiàng)S^TQS懲罰項(xiàng)指在橫向、縱向合力及回轉(zhuǎn)力矩與控制器指令之間誤差S，對(duì)于權(quán)值矩陣Q保證無(wú)論何時(shí)都滿足S≈0；第二項(xiàng)是總的能量消耗；第三項(xiàng)用于約束方位角的變化速率，其中權(quán)值矩陣Ω＞0；第四項(xiàng)用于避免奇異結(jié)構(gòu)，其中ε＞0，ρ＞0是權(quán)值系數(shù)，

滿足以下的約束條件：

約束條件中第一項(xiàng)用于懲罰推力誤差，其中S＝[S_x,S_y,S_z]分別為三個(gè)方向的推力誤差；第二項(xiàng)是限制推進(jìn)器的推力大小范圍，u代表推進(jìn)器輸出的力的大小，其中u_min為推進(jìn)器輸出的最小推力，u_max為推進(jìn)器輸出的最大推力；第三項(xiàng)是限制推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)方位角的大小范圍，α代表推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)的方位角，其中α_min為最小方位角，α_max為最大方位角；第四項(xiàng)是約束推進(jìn)器的推力變化率，u₀表示推進(jìn)器上一時(shí)刻的推力，其中Δu_min為當(dāng)前采樣時(shí)刻推力變化的最小變化值，Δu_max為當(dāng)前采樣時(shí)刻推力變化的最大變化值；第五項(xiàng)是約束推進(jìn)器的旋轉(zhuǎn)方位角的變化率，α₀表示推進(jìn)器上一時(shí)刻的方位角，其中Δα_min為當(dāng)前采樣時(shí)刻的方位角變化的最小變化值，Δα_max為當(dāng)前采樣時(shí)刻的方位角的最大變化值；第六項(xiàng)是為了避免方位角陷入推力禁區(qū)，α_l為推進(jìn)器方位角禁區(qū)的下限角度，α_u為推進(jìn)器方位角禁區(qū)的上限角度；

步驟7.分別對(duì)每條人工魚比較兩種行為的結(jié)果，執(zhí)行適應(yīng)度值更好的行為；

步驟8.將人工魚的適應(yīng)度值與公告板進(jìn)行比較，以適應(yīng)度值好的人工魚更新公告板；

步驟9.重復(fù)步驟4到步驟8的過(guò)程，即對(duì)可能的優(yōu)化分配方案進(jìn)行搜索，達(dá)到預(yù)定的最大迭代次數(shù)，結(jié)束算法；

步驟10.輸出人工魚群算法尋找到的最優(yōu)分配方案，即每個(gè)推進(jìn)器產(chǎn)生的推力大小和方向。