[发明专利]海洋工程装备动力定位系统的多推进器推力分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋工程装备动力定位系统的多推进器推力分配建模及最优化技术，具体地说是一种基于群体区域搜索算法的多推进器推力最优分配技术，属于海洋工程技术领域。

背景技术

动力定位是海洋工程船舶的一种定位方法，动力定位系统首先在海洋钻井船、平台支持船、潜水器支持船、管道和电缆敷设船、科学考察船、深海救生船等方面得到应用，对采集来的环境参数（风、浪、流），根据位置参照系统提供的位置进行计算，利用船上的自动控制系统发出指令，控制安装在船首、船尾的各推力器的推力大小，使船舶保持艏向和船位的“纹丝不动”。

目前，随着动力定位系统整体性能要求的提高，以及全回转推进器的广泛使用促进了推力分配策略的发展。由于全回转推进器的数目一般多于3个，所以存在着无数多个不同的推力和方向的组合，均满足特定的水平力和艏摇力矩，具有多个全回转推进器的船舶或海洋平台的推力分配策略可以描述为一个约束型非线性目标的优化问题，其实质是在约束条件下得到从期望控制量到各个执行机构控制指令的非线性映射过程，通过优化的控制分配算法将控制分配问题转化为包括目标函数，等式约束和不等式约束的约束优化数学模型，然后利用各种优化算法对其进行求解。

智能优化算法是近年来国内外优化界和工程界研究的热点，其中群体区域搜索算法通过模拟高级群居动物的觅食行为，采用区域限制搜索策略，实现对问题的最优化。由于其具有鲁棒性、并行性、简单有效、易于与其他方法相结合的特点，更适合复杂多模态优化问题和现实工程优化问题的处理。

发明内容

针对目前动力定位系统推力分配优化方法中求解区域要求为严格凸集所造成的限制，本发明提出一种海洋工程装备动力定位系统的多推进器推力分配方法，通过采用群体区域搜索算法解决动力定位系统推力分配模型中的非凸问题求解，实现在能耗最优、推进器磨损最小、推力误差最小约束条件下的动力定位。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种海洋工程装备动力定位系统的多推进器推力分配方法，采用以下步骤：接收控制器计算得到的动力定位船的横荡力、纵荡力及艏摇力矩控制指令，通过建立推进器的推力分配数学模型，结合推进器推力分配约束条件，采用群体区域搜索算法求得各推进器推力与方位角，满足控制指令的需求，将最优化得到的各推进器推力与方位角指令传递给推进器动力装置，实现动力定位船的动力定位。

具体包括以下步骤：

步骤1.推力分配模型目标函数选取，动力定位系统的目的是使得推进系统的能耗、推进器的磨损、推力误差最小；同时，为了使得各推进器对所需外界环境力指令迅速做出响应，应避免奇异结构的出现；针对以上考虑，建立的推力分配数学模型目标函数如下：

minf,α,sJ=fTPf+ΔfTQΔf+ΔαTMΔα+sTNs+ρϵ+det(B(α)W-1BT(α))]]>