[发明专利]一种基于多算法结合的推力分配优化方法

权利要求书

1.一种基于多算法结合的推力分配优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、确定推进器的需要优化计算的组合数；所述步骤(1)具体为：假如动力定位船舶存在m个推进器，其中有c个侧向推进器，那么存在m-c个全回转推进器；在这m-c个全回转推进器中，假如有n个全回转推进器受干扰，存在推力禁区，因此将全回转推进器的推力区间按照推力方向分为两部分，各全回转推进器划分子区间为：

其中，T_m-c,max代表第m-c个全回转推进器的最大正向推力，T_m-c,min代表第m-c个全回转推进器的最大负向推力；T_m-c代表第m-c个全回转推进器的推力；由于每个全回转推进器按照推力方向分为两部分，由此m-c个全回转推进器共有2^m-c种需要优化计算的组合；

对于n个受干扰的全回转推进器，设受干扰的全回转推进器的推力禁止角范围为(α_s1，α_l1)∪(α_s2，α_l2)∪…∪(α_si，α_li)；则受干扰的全回转推进器推力角子区间为：(0，α_s1)；(α_l1，α_s2)；…；(α_li，2π)；其中，(α_si，α_li)表示全回转推进器第i个推力禁区，α_si表示全回转推进器第i个推力禁区的下限，α_li表示全回转推进器的第i个推力禁区的上限；推力禁止角利用经验公式计算：L为两相互干扰的两个全回转推进器之间的距离，D_p为产生相互干扰的全回转推进器的螺旋桨直径；由于每个受干扰的全回转推进器共有i个禁区角区间，那么，n个受干扰的全回转推进器共有(i+1)ⁿ种需要优化计算的组合；由此，在动力定位船舶存在m个推进器，其中有c个侧向推进器，有n个全回转推进器受干扰，受干扰的全回转推进器具有i个禁区角区间的情况下，推进器的需要优化计算的组合数为2^m-c·(i+1)ⁿ；

(2)、针对各种组合分别运用遗传算法进行优化计算，得到各推进器的推力和角度的最终相对最优解；

(3)、将所述最终相对最优解作为序列二次规划算法的输入初始值，利用序列二次规划算法求得各推进器的推力和角度；

(4)、判断求得的全回转推进器的角度是否满足预定条件，如果满足预定条件，进入步骤(5)，否则，进入步骤(6)；所述预定条件为δ_a-δ_a0≤β，其中，δ_a为利用序列二次规划算法得到的第a个全回转推进器的角度，δ_a0为第a个全回转推进器的当前时刻的角度，a＝1，…m-c，β为阈值，初始值取为1°；

(5)、以全回转推进器当前时刻的角度为全回转推进器的角度，并运用伪逆法对各推力器的推力进行再次优化，求得各推进器的推力，将其作为各推进器最终的推力；

(6)、将利用序列二次规划算法求得的各推进器的推力和角度作为各推进器最终的推力和角度；

所述步骤(2)中针对各种组合分别运用遗传算法进行优化计算具体为：

(2.1)、建立设计变量集合为：{T₁,T₂,T₃…T_m,δ₁,δ₂,δ₃…δ_m-c}，其中，T_m代表第m个推进器的推力，δ_m-c代表第m-c个全回转推进器的角度；

(2.2)、建立总目标函数为：

其中，J为目标函数值，

ω_r为表征第r个推进器的重要程度的权值，

T_r为第r个推进器的推力，

ω_x为表征纵荡方向推力分配误差的重要程度的权值，

S_x为纵荡方向推力分配误差，

ω_y为表征横荡方向推力分配误差的重要程度的权值，

S_y为横荡方向推力分配误差；

ω_z为表征艏摇方向艏摇力矩分配误差的重要程度的权值，

S_z为艏摇方向推力分配误差；

(2.3)、确定约束条件为：τ＝BT

其中，为输入的期望力及期望力矩组成的矩阵，式中，τ_x为纵荡方向上的期望推力；τ_y为横荡方向上的期望推力；M_z为艏摇方向上的期望力矩；

为m个推进器的推力组成的矩阵，式中，T_m为第m个推进器的推力；

为推进器的配置矩阵，式中，y_r为第r个推进器的横向坐标，x_r为第r个推进器的纵向坐标，α_r为第r个推进器的推力角度；

(2.4)、采用遗传算法对总目标函数进行求解，得到各种组合下各推进器的推力和角度的相对最优解；(2.5)、将得到的各中组合下各推进器的推力和角度的相对最优解进行比较，取其中最优的各推进器的推力和角度的相对最优解作为各推进器的推力和角度的最终相对最优解。

2.根据权利要求1所述的基于多算法结合的推力分配优化方法，其特征在于，所述步骤(5)具体为：此时使得全回转推进器的角度不变，并以δ_a0为第a个全回转推进器的当前时刻角度，根据δ_a0更新推进器的配置矩阵B，并利用公式T＝w^-1B^T(Bw^-1B^T)^-1τ计算得到各推进器的推力；

其中，w为推进器权值矩阵，ω₁、ω₂...ω_m为表征各个推进器重要程度的权值，其初始值为1。