[发明专利]基于改进麻雀算法的模糊PID动力定位铺缆船循迹控制方法

权利要求书

1.基于改进麻雀算法的模糊PID动力定位铺缆船循迹控制方法，其特征在于：根据三自由度铺缆船平面运动数学模型，加入风、浪、流作用力模拟海况，以船舶的位置和姿态矢量与实际值的差值作为PID控制器的输入；设计自整定模糊PID结合改进麻雀搜索算法的路径跟踪控制器，根据模糊控制规则自动调整PID参数；同时加入反向学习策略和权重因子改进麻雀算法，以模糊PID的参数作为麻雀位置进行寻优，并引入LOS方法跟踪路径，使船舶按照规划路径行驶，到达目标设定地点。

2.基于改进麻雀算法的模糊PID动力定位铺缆船循迹控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：建立三自由度铺缆船平面运动数学模型；

步骤二：根据环境参数信息，建立风、浪、流数学模型；

步骤三：设船舶的位置和姿态矢量与实际值的差值为e，其变化率de，作为PID控制器的输入；

步骤四：根据模糊控制规则寻求K_p、K_i、K_d的调整变化量ΔK_p、ΔK_i、ΔK_d与e和de间的关系；

步骤五：在模糊PID控制器基础上引入改进麻雀算法，为缩短寻优距离与时间，加入反向学习策略初始化麻雀种群；

步骤六：采用LOS方法计算艏向角和路径点位置，以船舶的位置和姿态矢量与实际值的差值作为控制器输入，通过模糊PID控制结合改进麻雀算法对K_p、K_i、K_d进行整定，控制船舶航行；

步骤七：判断是否超过最大迭代次数，若是，结束流程；否则，返回步骤六。

3.根据权利要求2所述基于改进麻雀算法的模糊PID动力定位铺缆船循迹控制方法，其特征在于：所述步骤一中，三自由度铺缆船平面运动数学模型为：

上式中：为大地坐标系下铺缆船位置和姿态矢量；V＝[u v r]^T为船体坐标系下船舶的速度和角速度矢量；τ＝[X Y N]^T为船舶推进系统的力和力矩；τ_env＝[X_envY_envN_env]^T表示环境干扰的作用力和力矩；表示大地坐标系下船舶的速度矢量，表示船体坐标系下船舶的加速度矢量；X_env、Y_env、N_env表示因环境的影响而在船舶运动的三个自由度上产生的作用力和力矩；

表示船从船体坐标系到大地坐标系的旋转矩阵，M表示为船舶系统的惯性矩阵，D表示为在海面受到阻力的线性阻尼矩阵，如下所示：

上式中：m为船舶质量；x_g为船体坐标系中重心纵向位置；I_z为相对垂直地心方向的转动惯量；为船的附加质量和附加惯性矩阵；表示因水动力项的影响而在船舶运动的三个自由度上产生的附加质量和惯性矩。