[发明专利]一种基于粒子群与序列二次规划结合的推力分配方法

说明书

本发明涉及一种基于粒子群与序列二次规划结合的推力分配方法，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、推力分配单元从控制器获得当前控制器三轴指令，包括纵向力、横向力和艏摇力矩；步骤2、建立动力定位系统推力分配模型；步骤3、建立推力分配问题的目标函数和约束条件；步骤4、应用粒子群与序列二次规划相结合的寻优方法对推力分配问题进行求解。本发明在充分考虑粒子群算法与序列二次规划算法优缺点的基础上，将两者结合，使得两者的缺点能够得到有效的弥补，大大提高了算法的全局寻优性能，能够快速有效地解决动力定位系统推力分配问题，具有很高的实用价值。

技术领域

本发明属于船舶动力定位技术领域，涉及船舶动力定位系统的推力分配方法，尤其是一种基于粒子群与序列二次规划结合的推力分配方法。

背景技术

随着人类对海洋的不断开发，传统的锚泊定位系统已经无法满足深海水域的作业需求。而动力定位系统能够利用船舶自身配备的推进器，抵御海上环境的干扰，实现船舶位置与艏向的保持，且其具有定位精度高、机动性强、不受海域深度限制等优点，是深海作业设备必备的保障装备之一。

船舶动力定位系统推力分配的任务是将动力定位控制器输出的三自由度控制指令按照一定的分配策略，合理地分配给各个推进器，使其输出期望的合力和力矩。现阶段的船舶一般会配备多台推进器，因此在满足控制指令的前提下会存在无数多组解。在考虑推进器能量消耗、推进器磨损、推力误差等因素的情况下，可将推力分配问题归结为一个非线性最优化问题。

经检索发现，公开号为CN102508431A，名称为“一种海洋钻井平台动力定位系统推力分配方法”的专利申请中，运用粒子群算法实现推力分配。公开号为CN106773741A，名称为“一种无人船动力定位系统及方法”的专利申请中，运用加入改进惯性因子的粒子群算法实现推力分配，虽然对算法进行了改进，但仍是粒子群算法。单一的粒子群算法在寻优过程中，随机性特别大，每一次的寻优结果会在最优值附近波动，因此利用粒子群算法产生的推力分配结果中，各推进器推力与方位角变化频率特别高，即使是相同的控制指令，每一次产生推进器指令也不相同，这对推进器的控制是十分不利的，推进器的频繁动作会加剧推进器磨损，缩短推进器的使用寿命。

公开号为CN103092077A，名称为“动力定位系统的推力分配方法”的专利中，利用序列二次规划算法来实现推力分配。但序列二次规划算法对初始值的依赖特别大，初始值选取不当可能会造成找不到最优解的现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种设计合理、快速有效且全局寻优性能强的基于粒子群与序列二次规划结合的推力分配方法。

一种基于粒子群与序列二次规划结合的推力分配方法，包括以下步骤：

步骤1、推力分配单元从控制器获得当前控制器三轴指令，包括纵向力、横向力和艏摇力矩；

步骤2、建立动力定位系统推力分配模型；

步骤3、建立推力分配问题的目标函数和约束条件；

步骤4、应用粒子群与序列二次规划相结合的寻优方法对推力分配问题进行求解；

而且，所述步骤2的动力定位系统推力分配模型的数学描述为：

τ＝(X,Y,N)^T＝B(α)T

其中，T＝(T₁,T₂…T_n)^T，表示n个推进器的推力大小；

α＝(α₁,α₂…α_n)，表示n个推进器的方位角；

上式中，(l_xi,l_yi)表示第i个推进器相对于船舶旋转中心的位置。