[发明专利]一种基于人工鱼群算法的船舶动力定位系统推力分配方法

权利要求书

1.一种基于人工鱼群算法的船舶动力定位系统推力分配方法，其特征是包括如下步骤：

步骤1.建立动力定位系统的推力分配模型，令参与推力分配的输入量τ＝[τ_x,τ_y,τ_z]，则τ＝B(α)u

其中u＝[u₁,u₂,…,u₅]，

τ_x、τ_y、τ_z分别为输入的纵向、横向和艏摇方向的推力；u为5个推进器输出的推力矢量；α_i为第i个推进器旋转方位角，l_xi、l_yi分别为第i个推进器与船舶旋转中心的纵向、横向距离，B(α)是对应的矩阵；

步骤2.初始化鱼群：初始化人工鱼群参数，所述参数包括：人工鱼群规模M、每条人工鱼的初始位置、视野Visual和步长Step、拥挤度因子δ、最大重复尝试次数try_number、最大迭代次数；

步骤3.将步骤1和步骤2得到的信息读入人工鱼群算法中；

步骤4.更新算法的迭代次数；

步骤5.每条人工鱼分别执行两种行为：第一种行为，每条人工鱼执行聚群行为，缺省行为是觅食行为；第二种行为，每条人工鱼执行追尾行为，缺省行为是觅食行为；

步骤6.计算每个人工鱼个体的适应度值：建立推力分配数学模型，其中目标函数为：

其中，第一项S^TQS惩罚项指在横向、纵向合力及回转力矩与控制器指令之间误差S，对于权值矩阵Q保证无论何时都满足S≈0；第二项是总的能量消耗；第三项用于约束方位角的变化速率，其中权值矩阵Ω＞0；第四项用于避免奇异结构，其中ε＞0，ρ＞0是权值系数，

满足以下的约束条件：

约束条件中第一项用于惩罚推力误差，其中S＝[S_x,S_y,S_z]分别为三个方向的推力误差；第二项是限制推进器的推力大小范围，u代表推进器输出的力的大小，其中u_min为推进器输出的最小推力，u_max为推进器输出的最大推力；第三项是限制推进器旋转方位角的大小范围，α代表推进器旋转的方位角，其中α_min为最小方位角，α_max为最大方位角；第四项是约束推进器的推力变化率，u₀表示推进器上一时刻的推力，其中Δu_min为当前采样时刻推力变化的最小变化值，Δu_max为当前采样时刻推力变化的最大变化值；第五项是约束推进器的旋转方位角的变化率，α₀表示推进器上一时刻的方位角，其中Δα_min为当前采样时刻的方位角变化的最小变化值，Δα_max为当前采样时刻的方位角的最大变化值；第六项是为了避免方位角陷入推力禁区，α_l为推进器方位角禁区的下限角度，α_u为推进器方位角禁区的上限角度；

步骤7.分别对每条人工鱼比较两种行为的结果，执行适应度值更好的行为；

步骤8.将人工鱼的适应度值与公告板进行比较，以适应度值好的人工鱼更新公告板；

步骤9.重复步骤4到步骤8的过程，即对可能的优化分配方案进行搜索，达到预定的最大迭代次数，结束算法；

步骤10.输出人工鱼群算法寻找到的最优分配方案，即每个推进器产生的推力大小和方向。