• 四川郎酒股份有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度环保奖 2019-05-13
  • 银保监会新规剑指大企业多头融资和过度融资 2019-05-12
  • 韩国再提4国联合申办世界杯 中国网友无视:我们自己来 2019-05-11
  • 中国人为什么一定要买房? 2019-05-11
  • 十九大精神进校园:风正扬帆当有为 勇做时代弄潮儿 2019-05-10
  • 粽叶飘香幸福邻里——廊坊市举办“我们的节日·端午”主题活动 2019-05-09
  • 太原设禁鸣路段 设备在测试中 2019-05-09
  • 拜耳医药保健有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度企业奖 2019-05-08
  • “港独”没出路!“梁天琦们”该醒醒了 2019-05-07
  • 陈卫平:中国文化内涵包含三方面 文化复兴表现在其中 2019-05-06
  • 人民日报客户端辟谣:“合成军装照”产品请放心使用 2019-05-05
  • 【十九大·理论新视野】为什么要“建设现代化经济体系”?   2019-05-04
  • 聚焦2017年乌鲁木齐市老城区改造提升工程 2019-05-04
  • 【专家谈】上合组织——构建区域命运共同体的有力实践者 2019-05-03
  • 【华商侃车NO.192】 亲!楼市火爆,别忘了买车位啊! 2019-05-03
    • / 11
    • 下载费用:30 金币  

    重庆时时彩输钱: 采用遗传算法的船舶动力定位系统推力分配方法.pdf

    关 键 词:
    采用 遗传 算法 船舶 动力 定位 系统 推力 分配 方法
      专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    摘要
    申请专利号:

    CN201110253236.2

    申请日:

    2011.08.30

    公开号:

    CN102385665A

    公开日:

    2012.03.21

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 19/00申请日:20110830|||公开
    IPC分类号: G06F19/00(2011.01)I; G06N3/12 主分类号: G06F19/00
    申请人: 无锡中讯科技有限公司
    发明人: 丁亮; 吴琳; 沈江; 叶道亮
    地址: 214024 江苏省无锡市南长区扬名高新科技创业园A楼201室
    优先权:
    专利代理机构: 上海智信专利代理有限公司 31002 代理人: 王洁
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110253236.2

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2015.07.15|||2012.05.02|||2012.03.21

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明属于自动控制技术领域,涉及一种船舶动力定位系统推力分配方法,包含:步骤31,将推力分配问题转化为优化问题;步骤32,用遗传算法求解推力的优化问题;优化问题的目标函数为遗传算法中的适应度函数,优化问题的约束条件为遗传算法中的解空间。本发明采用遗传算法求解推力分配问题,可以有效解决目标函数和约束条件含有非线性项的问题,极大拓宽了能够求解的问题的范围。本发明方法能够有效的将纵荡、横荡和艏摇三个方向的推力指令分配到各个推进器上,能够有效的避免奇异结构的发生。本发明可以广泛应用于各种船舶、各种数量的推力器的推

    权利要求书

    1.采用遗传算法的船舶动力定位系统推力分配方法,其特征在于,包括如下步骤:
    步骤31,将推力分配问题转化为优化问题;
    min { J = Σ i = 1 r P i | f | 3 / 2 + s T Qs + ( α - α 0 ) T Ω ( α - α 0 ) + ρ ϵ + det ( B ( α ) W - 1 B T ( α ) ) } ]]>
    s.t.B(α)f=τ+s
    fmin≤f≤fmax
    Δfmin≤f-f0≤Δfmax
    αmin≤α≤αmax
    Δαmin≤α-α0≤Δαmax
    其中,f=[f1;f2;f3;f4;f5],fmin=[-3.2;-2.56;-2.56;-1.8;-21],
    fmax=[3.2;4.18;4.18;1.8;30],Δfmin=[-0.6;-0.6;-0.6;-0.6;-0.6],
    Δfmax=[0.6;0.6;0.6;0.6;0.6],α=[α1;α2;α3;α4;α5],αmin=[-∞;-∞;-∞;-∞;-∞],
    αmax=[∞;∞;∞;∞;∞],Δαmin=[-1.2;-1.2;-1.2;-1.2;-1.2],
    Δαmax=[1.2;1.2;1.2;1.2;1.2], B ( α ) = 0 cos α 2 cos α 3 0 1 1 sin α 2 sin α 3 1 0 2.46 2.36 sin α 2 - 1.82 sin α 3 - 2.16 0 , ]]>
    τ为控制器发出的推力指令,s为推力误差,Pi、ρ、ε为系数,Q、Ω、W为系数
    矩阵;
    步骤32,用遗传算法求解推力的优化问题;
    优化问题的目标函数为遗传算法中的适应度函数,优化问题的约束条件为遗传算法中
    的解空间。
    2.根据权利要求1所述采用遗传算法的船舶动力定位系统推力分配方法,其特征在于,该
    步骤32用遗传算法求解推力的优化问题的具体方法为:
    (1)设为控制器输出的推力指令,推力指令包括所需要的纵荡方向的力、横荡
    方向的力和艏摇力矩,为各推进器发出的推力,则需要满足τ=B(α)f,其中,
    B ( α ) = cos α 1 cos α 2 L cos α n sin α 1 sin α 2 L sin α n - y 1 cos α 1 + x 1 sin α 1 - y 2 cos α 2 + x 2 sin α 2 L - y n cos α n + x n sin α n ]]>
    αi为第i个推进器的方位角,(xi,yi)为第i个推进器的坐标,n为推进器数量;
    (2)根据步骤(1)中公式求解如下公式:
    min { J = Σ i = 1 r P i | f | 3 / 2 + s T Qs + ( α - α 0 ) T Ω ( α - α 0 ) + ρ ϵ + det ( B ( α ) W - 1 B T ( α ) ) } ]]>
    s.t.B(α)f=τ+s
    fmin≤f≤fmax
    Δfmin≤f-f0≤Δfmax
    αmin≤α≤αmax
    Δαmin≤α-α0≤Δαmax
    其中,第一项代表总的能量消耗,第二项惩罚推力指令与各推进器推力的合力的误差,
    第三项惩罚推进器方位角的变化,α0为前一时刻推进器的方位角,第四项用于避免奇异结
    构;约束条件包括对推进器最大推力的限制,推力最大变化速度的限制,方位角的范围,
    方位角变化的最大速度的限制。
    3.根据权利要求2所述采用遗传算法的船舶动力定位系统推力分配方法,其特征在于,适
    应度函数为该步骤(1)中的目标函数;解空间为该步骤(1)中的约束条件,将解空间的
    解数据表示成遗传空间的遗传型串结构数据,该串结构数据的不同组合变构成了不同的
    点;初始解采用完全随机的方法产生,该求解推力的优化问题的具体计算步骤如下:
    步骤41,以编码形式生成初始群体;
    步骤42,使用适应度函数进行初始群体中各个个体的适应度评估;
    步骤43,将选择算子作用于群体;
    步骤44,将交叉算子作用于群体;
    步骤45,将变异算子作用于群体;
    步骤46,进行终止条件的判断;
    得到各推进器推力f的大小和其方位角α。

    说明书

    采用遗传算法的船舶动力定位系统推力分配方法

    技术领域

    本发明涉及一种船舶动力定位系统推力分配方法,特别是涉及一种采用遗传算法的船舶
    动力定位系统推力的分配方法。

    背景技术

    遗传算法(Genetic?Algorithm)是一类借鉴生物界的进化规律(适者生存,优胜
    劣汰遗传机制)演化而来的随机化搜索方法。它是由美国的J.Holland教授1975年首
    先提出,其主要特点是直接对结构对象进行操作,不存在求导和函数连续性的限定;具
    有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力;采用概率化的寻优方法,能自动获取和指导
    优化的搜索空间,自适应地调整搜索方向,不需要确定的规则。遗传算法的这些性质,
    已被人们广泛地应用于组合优化、机器学习、信号处理、自适应控制和人工生命等领域。
    它是现代有关智能计算中的关键技术。

    进入90年代,遗传算法迎来了兴盛发展时期,无论是理论研究还是应用研究都成
    了十分热门的课题。尤其是遗传算法的应用研究显得格外活跃,不但它的应用领域扩大,
    而且利用遗传算法进行优化和规则学习的能力也显著提高,同时产业应用方面的研究也
    在摸索之中。此外一些新的理论和方法在应用研究中亦得到了迅速的发展,这些无疑均
    给遗传算法增添了新的活力。遗传算法的应用研究已从初期的组合优化求解扩展到了许
    多更新、更工程化的应用方面。

    船舶动力定位系统是一种闭环的控制系统,利用测量系统检测出在外界风、浪、流的扰
    动力作用下船舶的水平漂移量和方位偏差量,经信号处理后输入电子计算机,用专门的软件
    进行分析计算后,由推进器向船上安装的各推力器输出推力指令,使之发出相应的推力,与
    环境扰动力达到平衡,使船只回复到(或保持在)原来设定的位置和方位上。

    现有技术无有效的方法解答如何将推力分配到各个推进器上,使推进器消耗的能量较大,
    推进器容易过度磨损。所以急需一种船舶动力定位系统推力分配方法来解决上述问题。

    发明内容

    本发明就是为了解决上述问题,克服现有技术中分配船舶上推进器的动力问题所存在的
    缺陷,本发明提供采用遗传算法的船舶动力定位系统推力分配方法以解决上述缺陷和问题。

    为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:

    采用遗传算法的船舶动力定位系统推力分配方法,其特征在于,它包括如下步骤:

    步骤31:将推力分配问题转化为优化问题;

    min { J = Σ i = 1 r P i | f | 3 / 2 + s T Qs + ( α - α 0 ) T Ω ( α - α 0 ) + ρ ϵ + det ( B ( α ) W - 1 B T ( α ) ) } ]]>

    s.t.B(α)f=τ+s

    fmin≤f≤fmax

    Δfmin≤f-f0≤Δfmax

    αmin≤α≤αmax

    Δαmin?≤α-α0≤Δαmax

    其中,f=[f1;f2;f3;f4;f5],fmin=[-3.2;-2.56;-2.56;-1.8;-21],

    fmax=[3.2;4.18;4.18;1.8;30],Δfmin=[-0.6;-0.6;-0.6;-0.6;-0.6],Δfmax=[0.6;0.6;0.6;0.6;0.6],

    α=[α1;α2;α3;α4;α5],αmin=[-∞;-∞;-∞;-∞;-∞],αmax=[∞;∞;∞;∞;∞],

    Δαmin=[-1.2;-1.2;-1.2;-1.2;-1.2],

    Δαmax=[1.2;1.2;1.2;1.2;1.2], B ( α ) = 0 cos α 2 cos α 3 0 1 1 sin α 2 sin α 3 1 0 2.46 2.36 sin α 2 - 1.82 sin α 3 - 2.16 0 , ]]>

    τ为控制器发出的推力指令,s为推力误差,Pi、ρ、ε为系数,Q、Ω、W为系数矩
    阵;

    步骤32:用遗传算法求解推力的优化问题;

    优化问题的目标函数为遗传算法中的适应度函数,优化问题的约束条件为遗传算法中的
    解空间。

    如上的一种采用遗传算法的船舶动力定位系统推力分配方法,其中,该步骤32用遗传算
    法求解推力的优化问题的具体方法为:

    (1)设为控制器输出的推力指令,推力指令包括所需要的纵荡方向的力、横荡方
    向的力和艏摇力矩,为各推进器发出的推力,则需要满足τ=B(α)f,其中,

    B ( α ) = cos α 1 cos α 2 L cos α n sin α 1 sin α 2 L sin α n - y 1 cos α 1 + x 1 sin α 1 - y 2 cos α 2 + x 2 sin α 2 L - y n cos α n + x n sin α n ]]>

    αi为第i个推进器的方位角,(xi,yi)为第i个推进器的坐标,n为推进器数量;

    (2)根据步骤(1)中公式求解如下公式:

    min { J = Σ i = 1 r P i | f | 3 / 2 + s T Qs + ( α - α 0 ) T Ω ( α - α 0 ) + ρ ϵ + det ( B ( α ) W - 1 B T ( α ) ) } ]]>

    s.t.B(α)f=τ+s

    fmin≤f≤fmax

    Δfmin≤f-f0≤Δfmax

    αmin≤α≤αmax

    Δαmin≤α-α0≤Δαmax

    其中,第一项代表总的能量消耗,第二项惩罚推力指令与各推进器推力的合力的误差,
    第三项惩罚推进器方位角的变化,α0为前一时刻推进器的方位角,第四项用于避免奇异结构;
    约束条件包括对推进器最大推力的限制,推力最大变化速度的限制,方位角的范围,方位角
    变化的最大速度的限制。

    如上的一种采用遗传算法的船舶动力定位系统推力分配方法,其中,适应度函数为该步
    骤(1)中的目标函数;解空间为该步骤(1)中的约束条件,将解空间的解数据表示成遗传
    空间的遗传型串结构数据,该串结构数据的不同组合变构成了不同的点;初始解采用完全随
    机的方法产生,该求解推力的优化问题的具体计算步骤如下:

    步骤41:以编码形式生成初始群体;

    步骤42:使用适应度函数进行初始群体中各个个体的适应度评估;

    步骤43:将选择算子作用于群体;

    步骤44:将交叉算子作用于群体;

    步骤45:将变异算子作用于群体;

    步骤46:进行终止条件的判断;

    得到各推进器推力f的大小和其方位角α。

    本发明的有益效果是:采用遗传算法求解推力分配问题,有效解决了目标函数和约束条
    件含有非线性项的问题,极大拓宽了能够求解的问题的范围。本发明方法能够有效的将纵荡、
    横荡和艏摇三个方向的推力指令分配到各个推进器上,各个推进器推力变化平稳,而且推进
    器方位角的位置较为合理,能够有效的避免奇异结构的发生。

    附图说明

    下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明:

    图1为船舶推进器布置示意图。

    图2为本发明总体框架示意图。

    图3为本发明的方法示意图。

    图4为本发明采用遗传算法优化船舶动力定位推力分配的具体方法。

    具体实施方式

    为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具
    体图示,进一步阐述本发明。本发明的算法分为两个部分,第一部分为将推力分配问题转化
    为一个优化问题,第二个部分为采用遗传算法求解这个优化问题。

    图1为船舶100上的推进器布置示意图。此示意图以某穿梭油轮为模型,以此模型为计
    算对象,说明本发明方法。船舶100上设有T1-T5共5个推进器,T1为艏侧推,T2为艏全
    回转,T3为艉全回转,T4为艉侧推,T5为主推。全回转推进器T2和T3的方位角最大变化
    速度推力最大变化速度

    各推进器参数如下表所示。

    ??推力器
    ??位置(m)
    ?最大推力(N)
    ?最小推力(N)
    ??艏侧推T1
    ??(2.46,0)
    ?3.2
    ?-3.2
    ??艏全回转T2
    ??(2.36,0)
    ?4.18
    ?-2.56
    ??艉全回转T3
    ??(-1.82,0)
    ?4.18
    ?-2.56
    ??艉侧推T4
    ??(-2.16,0)
    ?1.8
    ?-1.8
    ??主推T5
    ??(-2.42,0)
    ?30
    ?-21

    由于船舶的推进器的数目一般多于3个,每个推进器均可产生不同大小和不同方向的推
    力,所以存在着无数多个不同的推力和方向的组合,满足特定的水平力和艏摇力矩。

    图2表示了本发明的总体框架,本发明包含计算机21,其上安装软件执行本发明方法,将
    推进器的推力分配问题转化为优化问题来获得最佳的推力的大小和方向;控制器22,与计算
    机21和各个推进器相连接,控制器22按照该软件计算出的最佳的推力大小和方向控制各个推
    进器输出此推力。

    图3为本发明的方法示意图。首先,执行步骤31:将推力分配问题转化为优化问题,目
    标函数和约束条件如下所示:

    min { J = Σ i = 1 r P i | f | 3 / 2 + s T Qs + ( α - α 0 ) T Ω ( α - α 0 ) + ρ ϵ + det ( B ( α ) W - 1 B T ( α ) ) } ]]>

    s.t.B(α)f=τ+s

    fmin≤f≤fmax

    Δfmin≤f-f0≤Δfmax

    αmin≤α≤αmax

    Δαmin≤α-α0≤Δαmax

    其中,f=[f1;f2;f3;f4;f5],fmin=[-3.2;-2.56;-2.56;-1.8;-21],

    fmax=[3.2;4.18;4.18;1.8;30],Δfmin=[-0.6;-0.6;-0.6;-0.6;-0.6],Δfmax=[0.6;0.6;0.6;0.6;0.6],

    α=[α1;α2;α3;α4;α5],αmin=[-∞;-∞;-∞;-∞;-∞],αmax=[∞;∞;∞;∞;∞],

    Δαmin=[-1.2;-1.2;-1.2;-1.2;-1.2],

    Δαmax=[1.2;1.2;1.2;1.2;1.2], B ( α ) = 0 cos α 2 cos α 3 0 1 1 sin α 2 sin α 3 1 0 2.46 2.36 sin α 2 - 1.82 sin α 3 - 2.16 0 , ]]>

    τ为控制器发出的推力指令,s为推力误差,Pi、ρ、ε为系数,Q、Ω、W为系数矩
    阵。

    接着,执行步骤32:用遗传算法求解推力的优化问题。

    优化问题的目标函数为遗传算法中的适应度函数,优化问题的约束条件为遗传算法中的
    解空间。

    具体求解优化的方法为:

    设为控制器输出的推力指令,推力指令包括所需要的纵荡方向的力、横荡方向的
    力和艏摇力矩,为各推进器发出的推力,则需要满足τ=B(α)f,其中

    B ( α ) = cos α 1 cos α 2 L cos α n sin α 1 sin α 2 L sin α n - y 1 cos α 1 + x 1 sin α 1 - y 2 cos α 2 + x 2 sin α 2 L - y n cos α n + x n sin α n ]]>式(1)

    αi为第i个推进器的方位角,(xi,yi)为第i个推进器的坐标,n为推进器数量;

    根据式(1)求解如下公式(2):

    min { J = Σ i = 1 r P i | f | 3 / 2 + s T Qs + ( α - α 0 ) T Ω ( α - α 0 ) + ρ ϵ + det ( B ( α ) W - 1 B T ( α ) ) } ]]>

    s.t.B(α)f=τ+s

    fmin≤f≤fmax????????????式(2)

    Δfmin≤f-f0≤Δfmax

    αmin≤α≤αmax

    Δαmin≤α-α0≤Δαmax

    其中,Pi是权值系数,Q、Ω为权值系数矩阵,ε为大于0一个小数,ρ为大于0的一个
    权值系数,fmin为各推进器能够发出的推力下限,fmax为各推进器能够发出的推力上限,αmin
    为各推进器旋转方位角的下限,αmax为各推进器旋转方位角的上限,f0为上一采样时刻计算
    出的各推进器的推力大小,α0为上一采样时刻计算出的各推力器的方位角,Δfmin为各推进器
    发出推力的最小变化速度,Δfmax为各推进器发出推力的最大变化速度,Δαmin为各推进器方
    位角的最小旋转速度,Δαmax为各推进器方位角的最大旋转速度。

    目标函数中的第一项代表总的能量消耗,第二项sTQs惩罚推力指令与各推进
    器推力的合力的误差,第三项(α-α0)TΩ(α-α0)惩罚推进器方位角的变化,第四项
    用于避免奇异结构。

    约束条件中fmin≤f≤fmax为对推进器推力范围的限制,Δfmin≤f-f0≤Δfmax为推力变化
    速度的限制,αmin≤α≤αmax为对方位角的范围的限制,Δαmin≤α-α0≤Δαmax为方位角变化
    速度的限制。

    图4为本发明采用遗传算法优化船舶动力定位推力分配的具体方法。在上述的求解优化
    过程中,适应度函数为式(1)中的目标函数;解空间即为式(1)中的约束条件,首先将解
    空间的解数据表示成遗传空间的遗传型串结构数据,这些串结构数据的不同组合就构成了不
    同的点;初始解采用完全随机的方法产生,具体的求解优化步骤如下:

    步骤41:以编码形式生成初始群体。

    步骤42:使用适应度函数进行初始群体中各个个体的适应度评估。如果所有染色体对应
    的适应性函数值几乎相等,则执行步骤43,若不相等,则结束。

    步骤43:将选择算子作用于群体。选择的目的是把优化的个体直接遗传到下一代或通过
    配对交叉产生新的个体再遗传到下一代。

    步骤44:将交叉算子作用于群体。所谓交叉是指把两个父代个体的部分结构加以替换重
    组而生成新个体的操作。

    步骤45:将变异算子作用于群体。对群体中的个体串的某些基因值作变动;

    步骤46:进行终止条件的判断。

    使用本发明如上的遗传算法求解结束后,既得T1-T5各推进器所发出的推力f的大小和
    其方位角α的最佳分配。

    本发明的有益效果是:采用遗传算法求解推力分配问题,可以有效的解决目标函数和约
    束条件含有非线性项的问题,极大的拓宽了能够求解的问题的范围。另外,从计算结果可以
    看出,该算法能够有效的将纵荡、横荡和艏摇三个方向的推力指令分配到各个推进器上,各
    个推进器推力变化平稳,而且推进器方位角的位置较为合理,能够有效的避免奇异结构的发
    生。本发明可以广泛应用于各种船舶、各种数量的推力器的推力分配,可以用最少的能量产
    生最佳的推力,大大节约能源。

    以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应
    该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原
    理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都
    落入要求?;さ谋痉⒚鞣段?。本发明要求?;し段в伤降娜ɡ笫榧捌涞韧锝缍?。

    关于本文
    本文标题:采用遗传算法的船舶动力定位系统推力分配方法.pdf
    链接地址://www.4mum.com.cn/p-5817535.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

    [email protected] 2017-2018 www.4mum.com.cn网站版权所有
    经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
     


    收起
    展开
  • 四川郎酒股份有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度环保奖 2019-05-13
  • 银保监会新规剑指大企业多头融资和过度融资 2019-05-12
  • 韩国再提4国联合申办世界杯 中国网友无视:我们自己来 2019-05-11
  • 中国人为什么一定要买房? 2019-05-11
  • 十九大精神进校园:风正扬帆当有为 勇做时代弄潮儿 2019-05-10
  • 粽叶飘香幸福邻里——廊坊市举办“我们的节日·端午”主题活动 2019-05-09
  • 太原设禁鸣路段 设备在测试中 2019-05-09
  • 拜耳医药保健有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度企业奖 2019-05-08
  • “港独”没出路!“梁天琦们”该醒醒了 2019-05-07
  • 陈卫平:中国文化内涵包含三方面 文化复兴表现在其中 2019-05-06
  • 人民日报客户端辟谣:“合成军装照”产品请放心使用 2019-05-05
  • 【十九大·理论新视野】为什么要“建设现代化经济体系”?   2019-05-04
  • 聚焦2017年乌鲁木齐市老城区改造提升工程 2019-05-04
  • 【专家谈】上合组织——构建区域命运共同体的有力实践者 2019-05-03
  • 【华商侃车NO.192】 亲!楼市火爆,别忘了买车位啊! 2019-05-03
  • 3分彩规律 河北时时直选 广西11选五计划软件下载 手机十二生肖游戏 重庆时时彩网址 花源阅读赚钱是怎样伯 五星棋牌为什么是骗局 360足彩混合投注 山东十一选五官网下载 时时彩两星稳赚技巧 下班后用电脑打码赚钱 福建快三中奖规则 超神冠军五码计划 scp恐怖嘉年华 老时时开奖号码结果 免费的微信怎么为马化腾赚钱