[发明专利]一种基于人工蜂群改进算法的船舶动力定位系统的推力分配方法

说明书

本发明公开了一种基于人工蜂群改进算法的船舶动力定位系统的推力分配方法，首先根据推进器的三轴指令建立动力定位系统的推力分配模型，结合推力分配模型，运用粒子群算法探寻全局最优解；然后将粒子群算法中获得的最优解作为人工蜂群算法的输入再次探寻最优解，最终输出全局最优解。本发明将加权粒子群算法与人工蜂群算法进行融合，利用自适应思想及双向随机搜索机制对算法的收敛速度和局部搜索能力加以改善；能够有效地将船舶纵荡、横荡和艏摇三个自由度的控制指令转换为各推进器的推力指令以及方位角指令，从而解决动力定位系统的推力分配问题。

技术领域

本发明属于海洋工程船舶动力定位系统控制技术领域，涉及一种基于人工蜂群改进算法的船舶动力定位系统的推力分配方法。

背景技术

船舶在各种水深和海况下作业时都需要保证精确的定位要求，传统的锚泊系统受到水深的限制，锚泊对海床的抓力变小，抛锚困难，锚链长度有限，机动性弱，不适合工作地点迅速迁移，并且其定位能力降低，无法满足行业需求。而船舶动力定位系统却能很好地解决这一问题，动力定位系统能够稳定有效的使船舶自动保持航向和位置，当船舶需要改变定位位置时不用反复起锚抛锚，能提高船舶的工作效率，定位成本不会随着水深的增加而增加。因此，动力定位系统逐渐成为海洋工程船舶最重要的一部分。

船舶动力定位系统的推力分配，是根据控制系统计算出为实现动力定位而需要的推力和力矩，对船上各推进器的推力大小和方向进行合理分配，从而使各推进器共同作用产生满足船舶控制所需的合力和力矩，来满足船舶定位的需求。

中国专利申请(公开号：CN102508431A)“一种海洋钻进平台动力定位系统推力分配方法”，通过运用粒子群算法对动力定位系统推力分配优化，该技术存在着对离散的优化问题处理不佳，易陷入局部最优解的缺点；中国专利(专利号：CN201310003584)“动力定位系统的推力分配方法”，通过运用序列二次规划法对动力定位系统推力分配优化，该技术存在着推力分配算法的计算量大、鲁棒性差、收敛速度慢等缺陷。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于人工蜂群改进算法的船舶动力定位系统的推力分配方法，将粒子群和人工蜂群混合算法用于动力定位系统的推力优化，该推力分配算法的计算量小，鲁棒性好，收敛速度快。在考虑船舶纵荡、横荡和艏摇三个自由度的运动基础上，使其能减少推进器能耗和磨损，提高动力定位系统的性能。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

本发明的一种基于人工蜂群改进算法的船舶动力定位系统的推力分配方法，包括以下步骤：

步骤1、推力分配系统从动力定位控制器获得当前推进器的三轴指令：纵向力、横向力和艏摇扭矩；将船舶测量系统测得的船舶位置输入到控制系统中，与期待的位置比较，动力定位控制器通过传输最佳控制指令给PLC，PLC进行推力分配；

步骤2、根据推进器的三轴指令建立动力定位系统的推力分配模型；

步骤3.结合推力分配模型，将粒子群参数初始化；确定种群数为50，代表有多少个初始的分配方案；设置粒子群算法的最大迭代次数为200，随机初始化粒子的位置与速度；所述的迭代次数表示在众多的分配方案空间中搜索的次数，推进器越多，算法的迭代次数越多；

步骤4.建立推力分配模型中的目标函数和约束条件，初始化粒子最优位置和全局最优位置；

步骤5.计算每个粒子的适应度值；每个粒子有一个由优化函数所决定的适应度，以评价该粒子当前位置的优劣，即解的优劣；其适应度函数是推力分配的目标函数；推力分配的目标函数考虑最小化推进系统能耗和推力误差，其约束条件的考虑项包括：推力大小、推力变化率、方位角变化率、推力禁区；