[发明专利]一种基于改进秃鹰优化算法的无人救援艇控制优化方法

说明书

本发明公开了一种基于改进秃鹰优化算法的无人救援艇控制优化方法，属于PID控制优化技术领域，具体包括通过引入自适应非线性控制因子对基础秃鹰优化算法改进，进一步利用改进秃鹰优化算法优化PID控制器，在无人救援艇控制系统中引入基于改进秃鹰优化算法的PID控制器，采用双闭环控制方式，速度环采用PID控制方式，电流环采用滞环控制方法，获得电机最优控制参数。通过构建优化的无刷直流电机转速、电流双闭环调速系统数学模型，并根据该模型在Matlab/Simulink中搭建无刷直流电机控制系统仿真模型进行效果验证，结果表明基于改进秃鹰算法的无人救援艇控制优化方法可以提高无人救援艇控制系统的稳定性和响应速度。

技术领域

本发明属于无刷直流电机PID控制优化技术领域，尤其涉及一种基于改进秃鹰优化算法的无人救援艇控制优化方法。

背景技术

随着无人驾驶技术的快速发展，无人驾驶船舶成为海上智能交通的重要研究领域。近些年船联网建设不断完善，以及云计算、大数据在航运领域的逐步应用，构建智能化的无人救援艇已成为可实现的目标。在高度动态和不可预测的海洋环境里，无人救援艇的控制是核心问题，是其完成各种复杂任务的重要前提。无人救援艇需要可靠的控制能力来确保自身的航行稳定，因此控制系统应具备良好的自适应性、鲁棒性和较强的抗干扰能力。

目前，无人救援艇的电机普遍采用速度和电流双闭环控制方法，对速度的控制大部分利用传统的PID控制器，传统PID控制器因其实现方法简单且鲁棒性较好，常被应用到工业控制中，对简单线性系统有较好的控制效果，但对复杂线性系统效果不佳，主要表现为，在实际应用中为达到最佳效果，需要对PID三个参数进行调节，调节需要根据经验，具有一定的难度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于改进秃鹰优化算法的无人救援艇控制优化方法，以解决现有技术中优化控制方法在全局搜索和局部搜索过程中算法的搜索效率低下和精度效果不佳的技术问题，提高无人救援艇具有高稳定性的同时也兼备高效性和强抗扰动能力。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于改进秃鹰优化算法的无人救援艇控制优化方法，具体包括如下步骤：

步骤一：搭建无人救援艇系统模型；

所述系统模型主要包括无刷直流电机转速、电流双闭环调速系统的数学模型和无刷直流电机控制系统的仿真模型，无刷直流电机转速、电流双闭环调速系统的数学模型包括定子三相绕组电压平衡方程、电机电磁转矩数学表达式以及电机机械运动方程；无刷直流电机控制系统的仿真模型采用双闭环控制方式，其中电流环采用滞环控制方法，而转速环采用改进秃鹰算法优化PID控制方法；

步骤二：改进秃鹰优化算法；

在基础秃鹰优化算法中，控制因子 α从迭代初期直至迭代后期始终为设定的固定值，寻优机制的潜能未被充分发掘，为此引入一种自适应非线性控制因子，以满足秃鹰优化算法的寻优需求；

所述自适用非线性控制因子的计算方式按照下式进行：

；

式中， alpha_max取值为2， alpha_min取值为1.5， t为当前迭代次数， Maxiter为最大迭代次数，k取值为1.131，alpha为改进后的控制因子。

步骤三：利用改进的秃鹰优化算法对PID参数优化，具体步骤如下：