[發(fā)明專利]一種基于混合算法的船舶動力定位系統(tǒng)推力分配方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810165856.2
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108490770A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏國清;韓志偉;陳興華
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;B63H25/42
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于混合算法的船舶動力定位系統(tǒng)推力分配方法，屬于船舶動力定位系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。通過蟻群和人工魚群混合算法來解決船舶動力推力分配優(yōu)化問題，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)定每個推進器推力的大小、推力變化率、推進器方位角變化率和推進器方位角禁區(qū)的范圍；根據(jù)船舶所受的合力，要求所有的推進器產(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)學模型，并應(yīng)用蟻群和人工魚群混合算法解決推力分配的優(yōu)化問題。本發(fā)明提出的算法增強了遍歷尋優(yōu)的能力，克服了易陷入局部極值的問題，能夠有效地將三個自由度的推力指令分配到每個推進器上，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)明屬于船舶動力定位系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于混合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)的發(fā)展，錨泊系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足海洋工程作業(yè)船舶在深海海域進行定位作業(yè)的要求，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)地點固定不變，人們通常采用錨泊系統(tǒng)來實現(xiàn)定位。但隨著水深的增加，或作業(yè)地點水下情況復雜不允許拋錨時，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)計算出為實現(xiàn)動力定位而需要的力和轉(zhuǎn)艏力矩，對船上各推進器的推力大小和方向進行合理分配，從而使各推進器共同作用產(chǎn)生滿足船舶控制所需的力和力矩，來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器，因此推進器分配單元次存在多個解都能滿足控制器指令。在考慮能源消耗和船舶操作性以及推進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。

經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號：CN102508431A，專利名稱：一種海洋鉆井平臺動力定位系統(tǒng)推力分配方法；中國專利公開號：CN103092077A，專利名稱：動力定位系統(tǒng)的推力分配方法；運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，本專利將蟻群和人工魚群混合算法用于解決動力定位系統(tǒng)的推力分配問題。

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，其中蟻群算法是根據(jù)螞蟻覓食進行路徑選擇方式進行模擬而得出的一種仿生算法，其具有很好的全局搜索能力，同時利用正反饋原理加快解的結(jié)構(gòu)，在搜索過程中，螞蟻個體能夠相互協(xié)作，有利于對解空間進行進一步的搜索，從而有利于發(fā)現(xiàn)較好解；但蟻群算法也存在求解大型問題時搜索時間長、收斂速度慢和容易出現(xiàn)早熟停滯現(xiàn)象。人工魚群算法是一種基于模擬魚群行為的優(yōu)化算法，在人工魚群中，主要利用魚群的覓食、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)，達到全局最優(yōu)值在群體中凸現(xiàn)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。由于蟻群算法易與其他啟發(fā)式算法相結(jié)合，蟻群算法和人工魚群算法具有天然的互補特性，所以提出了蟻群和人工魚群混合算法。算法的前期在改進蟻群算法中若干關(guān)鍵點的同時，利用人工魚群算法獲取蟻群算法的較優(yōu)可行解，后期則充分利用蟻群算法的正反饋性，然后以提高求解效率，同時將魚群算法中擁擠度的概念引入到混合算法中，從而增強算法的遍歷尋優(yōu)能力。算法中只使用目標函數(shù)的函數(shù)值，無需目標函數(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，算法對初值無需求，對各參數(shù)的選擇也不敏感。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供降低能量的消耗、減少推進器的磨損和避免奇異結(jié)構(gòu)，提高動力定位系統(tǒng)的性能的一種基于混合算法的船舶動力定位系統(tǒng)推力分配方法。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于混合算法的船舶動力定位系統(tǒng)推力分配方法，包括如下步驟：

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_N]，則