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

有效

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

本發(fā)明提供的是一種基于人工魚群算法的船舶動力定位系統(tǒng)推力分配方法。包含以下步驟：輸入?yún)⑴c推力分配的縱蕩、橫蕩和艏搖的力和力矩；設(shè)定每個推進(jìn)器推力的大小、推力變化率、推進(jìn)器方位角禁區(qū)的范圍和推進(jìn)器方位角變化率；根據(jù)船舶所受的合力，要求所有的推進(jìn)器產(chǎn)生的合力和合力矩與參與推力分配的輸入指令相等；建立推力分配數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用人工魚群算法解決推力分配的優(yōu)化問題。本發(fā)明對目標(biāo)函數(shù)的性質(zhì)要求不高，尋優(yōu)速度快，具備全局尋優(yōu)的能力，能夠有效地將縱蕩、橫蕩和艏搖三個自由度的推力指令分配到每個推進(jìn)器上，從而降低推進(jìn)器的能量消耗，解決動力定位系統(tǒng)的推力分配問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種船舶動力定位系統(tǒng)的推力分配方法，特別是一種采用人工魚群算法的船舶動力定位系統(tǒng)推力分配方法。

背景技術(shù)

隨著人類對海洋開發(fā)的深入和海域的擴(kuò)展，錨泊系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足深海水域定位作業(yè)的要求，而船舶動力定位系統(tǒng)卻能很好地解決這一問題。過去，船舶在海上作業(yè)時，如果要求其保持作業(yè)地點(diǎn)固定不變，人們通常采用錨泊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位。但是隨著水深的增加，或作業(yè)地點(diǎn)水下情況復(fù)雜不允許拋錨時，錨泊系統(tǒng)就很難完成其保持船位的任務(wù)，所以動力定位系統(tǒng)對于海洋工程裝備領(lǐng)域來說，已成為十分重要的系統(tǒng)。

動力定位系統(tǒng)的推力分配是根據(jù)控制系統(tǒng)計(jì)算出來為實(shí)現(xiàn)動力定位而需要的推力和轉(zhuǎn)艏力矩，對船上各推進(jìn)器的推力大小和方向進(jìn)行合理分配，從而使各推進(jìn)器共同作用產(chǎn)生滿足船舶控制所需的合力和力矩，以滿足船舶定位的需要。

由于冗余要求，裝有動力定位系統(tǒng)的船舶一般裝有多個推進(jìn)器，因此推進(jìn)器分配單元存在多個解都能滿足控制器指令。在考慮功率消耗和船舶的操縱性以及推進(jìn)器的磨損和噪聲前提下，可將推力分配問題歸結(jié)為最優(yōu)化問題。

公開號為CN102508431A，名稱為“一種海洋鉆井平臺動力定位系統(tǒng)推力分配方法”；公開號為CN103092077A，名稱為“動力定位系統(tǒng)的推力分配方法”的專利文件中，運(yùn)用粒子群算法和序列二次規(guī)劃方法對動力定位系統(tǒng)推力分配優(yōu)化。

智能優(yōu)化算法是近年來國內(nèi)外優(yōu)化領(lǐng)域和工程界研究的熱點(diǎn)，其中人工魚群算法是一種基于模擬魚群行為的優(yōu)化算法，在人工魚群算法中，主要是利用了魚群的覓食、聚群和追尾行為，從構(gòu)造一條魚的底層行為做起，通過魚群中各個個體的局部尋優(yōu)，達(dá)到全局最優(yōu)值在群體中凸顯出來的目的，該算法具有良好的克服局部極值，取得全局極值的能力。并且算法中只使用目標(biāo)函數(shù)的函數(shù)值，無需目標(biāo)函數(shù)的梯度值等特殊信息，對搜索空間具有一定的自適應(yīng)能力，算法對初值無要求，對各參數(shù)的選擇也不很敏感。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種能降低能量的消耗、減少推進(jìn)器的磨損和避免奇異結(jié)構(gòu)，提高動力定位系統(tǒng)性能的基于人工魚群算法的船舶動力定位系統(tǒng)推力分配方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

步驟1.建立動力定位系統(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、橫向和艏搖方向的力和力矩；u為5個推進(jìn)器輸出的推力矢量；α_i為第i個推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)方位角，l_xi、l_yi分別為第i個推進(jìn)器與船舶旋轉(zhuǎn)中心的縱向、橫向距離，B(α)是對應(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)；