[发明专利]一种基于蜂群算法辨识水动力系数的方法

权利要求书

1.一种基于蜂群算法辨识水动力系数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）建立潜器运动模型：

轴向方程：

u=U0(1-e-0.52u/|ψ·|L),]]>

横向方程：

m[v·-wp+ur]=12ρL4[Yr·′r·]+12ρL3[Yv·′v·+Yr′ur]+12ρL2[Yv′uv]+12ρL2[Yδr′u2δr],]]>垂向方程：

m[w·-uq+vp]=12ρL4[Zq·′q·+Zq|q|′q|q|]+12ρL3[Zw·′w·+Zq′uq]]]>

+12ρL2[Z0′u2+Zw′uw+Zw|w|′w|(w2+v2)12],]]>

+12ρL2[Zδs′u2δs+Zδb′u2δb]]]>

横倾方程：

纵倾方程：

Iyq·+(Ix-Iz)rp=12ρL5[Mq·′q·]+12ρL4[Mw·′w·+Mq′uq+M|w|q′|(w2+v2)12|q]]]>

+12ρL3[M0′u2+Mw′uw+Mw|w|′w|(w2+v2)12|],]]>

+12ρL3[Mδs′u2δs+Mδb′u2δb]-mghsinθ]]>

偏航方程：

Izr·+(Iy-Ix)pq=12ρL5[Nr·′r·]+12ρL4[Nv·′v·+Nr′ur+N|v|r′|(w2+v2)12|r],]]>

+12ρL3[Nv′uv]+12ρL3[Nδr′u2δr]]]>

辅助方程：

其中：u、v、w表示艇体纵向速度、横向速度和垂向速度，p、q、r是横摇角速度、纵摇角速度和艏摇角速度，θ、ψ为潜艇的横倾角、纵倾角和航向角，m、L、h分别是艇体的质量、长度和重心高度，g为重力加速度，ξ、η、ζ为艇体原点的地理坐标位置，I_x、I_y、I_z为潜艇绕X、Y、Z轴的转动惯量，δ_r、δ_b、δ_s为潜艇的方向舵角、艏舵舵角、艉舵舵角，U₀为基准航行态的速度，分别为潜艇的无因次水动力系数；

（2）确定算法适应度函数：

记

则：

J=Σj=18(1-RjRj*)2=Σj=18(ΔRj/Rj*)2,]]>

适应度函数为：

f=1J+1,]]>

其中，R代表操纵指标，分别为水平面Z形操舵机动的超越首向角和周期T_Z，垂直面梯形操艏舵机动的执行时间t_es、超越纵倾角θ_ovs，垂直面梯形操艉舵机动的执行时间t_ew、超越纵倾角θ_ovw，水平面操舵回转运动的定长回转直径D_s和回转周期T_H，上标^*表示基准数据；

（3）初始化蜂群算法参数以及雇佣蜂种群：

蜜蜂总数为N_s，其中，采蜜蜂种群规模为N_e，跟随蜂种群规模为N_u，个体向量维度为D，S=R^D为个体搜索空间，为采蜜蜂种群空间；若X_i∈S(i≤N_e)是N_e个个体，则代表一个采蜜蜂种群，X(0)表示初始采蜜蜂种群，X(n)表示第n代采蜜蜂种群，用f:S→R⁺表示适应度函数，为步骤（2）中函数f，最大搜索次数为Limit，本次迭代次数为T，最大迭代次数为Tmax，初始化各蜜蜂搜索次数Bas=0；

（4）对第n代采蜜蜂X_i(n)，在当前位置向量邻域进行搜索新的位置：

其中j∈{1,2,…,D}，k∈{1,2,…,N_e}，且k≠i，k,j均随机生成，为[-1,1]之间随机数，同时应保证V∈S；

（5）采用贪婪选择算子在采蜜蜂搜索到的新位置向量V_i和原向量X_i中选取适应度更高的向量保留给下一代的种群，记作：T_s:S²→S，其概率分布为：

P{Ts(Xi,Vi)=Vi}=1,f(Vi)≥f(Xi)0,f(Vi)<f(Xi),]]>

其中，f即为步骤（2）和（3）中适应度函数；

（6）跟随蜂依照采蜜蜂种群适应度值大小按照一定概率选择一个采蜜蜂，概率计算公式为，并在采蜜蜂邻域内执行步骤（4）搜索新位置；

其中，f即为步骤（2）和（3）中适应度函数，f(X_i)表示第i只采蜜蜂的适应度值；

（7）记录种群最终更新过后达到的最优适应度值f_best，以及相应的参数(x₁,x₂,...,x_D)；

（8）当在采蜜蜂的位置搜索次数Bas达到阈值Limit而仍未找到更优位置时，重新初始化该采蜜蜂位置；

（9）如果满足停止准则，则停止计算并输出最优适应度值f_best和相应参数(x₁,x₂,...,x_D)，否则重新步骤4。