[发明专利]一种船舶动力定位推力分配智能优化方法

说明书

本发明涉及一种船舶动力定位推力分配智能优化方法，包括：步骤S1：确定船舶推进装置布局，载入各推进器的参数，其中，推进器的参数包括：推进器推力方向可变范围、推力大小可变范围、推力方向变化率范围，推力大小变化率范围；步骤S2：根据各推进器的参数和当前状态得到推进器状态向量的变化率限制，并在接受到目标控制指令后，建立多步优化问题模型；步骤S3：通过遗传算法获取长期变化范围内推进器状态的全局最优解；步骤S4：得到驱动推进器的最优多步决策序列，并输出分配决策。与现有技术相比，本发明解决了遗传算法收敛速度慢、种群多样性退化迅速等问题。

技术领域

本发明涉及船舶自动控制技术领域。，尤其是涉及一种船舶动力定位推力分配 智能优化方法。

背景技术

我国海洋能源和资源大都分布在深海区域。以石油资源为例，南海油气资源量 约占我国油气总资源量的1/3。对于深海作业船舶(包括各类海上浮体)，传统的系 泊定位方式在许多应用中存在很大限制。为了解决这一问题产生了动力定位技术。 动力定位技术可以保证船舶在风、浪和流的干扰下，利用自身的动力保持在期望的 位置和姿态。该技术是深海能源和资源开采必不可少的关键技术，被广泛应用于海 洋采油、水下工程施工、打捞救助、海上安装吊装和船舶靠泊等作业。尤其是90 年代以来，随着海上石油勘探开发逐步向深水和超深水发展，几乎所有的深水钻井 船和油田守护船都需要装备动力定位系统。该技术在军事领域也有重要应用，可用 于实现无人水面舰艇的循迹控制、舰船抢修、舰船编队和航母供给等。

如图1所示，动力定位船舶装备了冗余的全回转推进器和侧向推进器，这些新 型设备增加了推力系统的可靠性和机动性，但可控变量的增加和功能的耦合也使得 船舶推力结构愈发复杂。合理、高效地利用冗余推进器，设计智能的推力分配算法， 对于提高船舶海上作业控制精度、稳定性、灵活性和能耗至关重要。

传统推力分配优化主要采用伪逆算法和现行二次优化(SQP)算法。伪逆算法 简单可靠，但在逐渐复杂的推力分配要求下因模型过于简单难以适用。SQP方法 灵活、适用范围广，但作为单步优化算法，每次优化的变量可行域十分有限，并且 忽略了对推进器状态的长期优化，可能导致推进器状态陷入次优解，降低能耗效率 和机动性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种船舶动力定 位推力分配智能优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种船舶动力定位推力分配智能优化方法，包括：

步骤S1：确定船舶推进装置布局，载入各推进器的参数，其中，推进器的参 数包括：推进器推力方向可变范围、推力大小可变范围、推力方向变化率范围，推 力大小变化率范围；

步骤S2：根据各推进器的参数和当前状态得到推进器状态向量的变化率限制， 并在接受到目标控制指令后，建立多步优化问题模型：

其中：τ_d为当前步的控制指令，x(i)为第i步推进器状态向量，B(x)为推力方 向系数矩阵，Q为三自由度上合力误差的惩罚权重，N_s为达到最优状态所需要的 步数，x_i为推进器当前状态向量，x*为推进器最优状态向量，u(i)为第i步作用于 各推进器归一化的推力指令，|·|为模，δ_x为推进器状态向量的变化率限制；

步骤S3：通过遗传算法获取长期变化范围内推进器状态的全局最优解；

步骤S4：得到驱动推进器的最优多步决策序列，并输出分配决策。

所述达到最优状态所需要的步数的确定过程包括步骤：

S21：判断当前步的控制指令和上一步的控制指令的差距是否小于设定阈值， 若为是，则认定当前步指令维持稳定；