一种基于改进白鲸算法的无人救援艇航向控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进白鲸算法的无人救援艇航向控制方法，属于分数阶PID控制优化技术领域，具体包括改进基础白鲸算法，引入非线性的鲸落概率更新策略和新的平衡因子策略，提高算法收敛速度和精度，利用改进的白鲸优化算法优化分数阶PID控制器，解决分数阶PID参数寻优困难的问题，提高无人救援艇在面对复杂环境时的灵活性能，控制性能，提高无人救援艇的抗干扰能力，满足无人救援艇在复杂环境下航向控制要求。航向控制要求。航向控制要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进白鲸算法的无人救援艇航向控制方法


[0001]本专利技术属于分数阶PID航向控制
，尤其涉及一种基于改进白鲸算法的无人救援艇航向控制方法。

技术介绍

[0002]近些年随着无人驾驶技术逐渐成熟，水面无人驾驶船舶逐渐兴起，水面无人船舶主要应用于水上救援、水上环境监测以及水面垃圾清理等场景；其中水上救援是最重要的应用，利用无人智能化船舶开展海面救援，在节约人力成本同时，面对复杂海域和恶劣环境时，可以实现高效率救援，提高救援率。
[0003]无人救援船舶在复杂水域要实现精准救援、快速救援，其航行方向必须精确，航向偏离预定方向后需要快速反应，及时调整方向，具备较好的抗干扰能力、机动能力。
[0004]PID控制器是非常经典的一种控制器，根据期望与现状的偏差调节，实现较为简单,目前是无人救援船舶的主要控制方式；但是传统PID是一种线性控制器，对复杂被控对象控制、非线性系统效果不佳，难以满足无人救援船舶在复杂环境下航向控制要求。由常规PID控制器采用分数演算得到的分数阶PID控制器是传统PID控制器升级版，分数阶PID控制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进白鲸算法的无人救援艇航向控制方法，其特征在于，利用改进白鲸算法优化分数阶PID控制器，然后在Matlab/Simulink中对航向控制系统进行仿真，得到最佳分数阶PID参数下的航向控制效果，具体包括以下步骤：步骤一：建立无人救援艇航向控制数学模型；步骤二：在无人救援艇航向控制数学模型基础上，建立无人救援艇航向控制系统结构模型，在Simulink中建立无人救援艇航向控制仿真模型；步骤三：在基础白鲸算法的基础上进行改进，引入非线性的鲸落概率更新策略和新的平衡因子策略；步骤四：利用改进的白鲸算法对分数阶PID控制器参数优化整定，获得最优控制参数，并在Matlab/Simulink中对系统仿真，根据无人救援艇目标航向与实际航向的误差值建立误差积分准则ITAE，并根据误差积分准则计算适应度值，获得最优航向控制效果。2.根据权利要求1所述的一种基于改进白鲸算法的无人救援艇航向控制方法，其特征在于，所述步骤一中无人救援艇航向控制数学模型包括无人救援艇运动数学模型、无人救援艇动力装置数学模型和复杂海浪干扰数学模型以及正常海浪干扰数学模型。3.根据权利要求2所述的一种基于改进白鲸算法的无人救援艇航向控制方法，其特征在于，所述无人救援艇运动数学模型为：；式中，K0是船舶回转性参数，取值为0.42，T0为船舶操纵性能指数，取值为107.12，s为函数变量，G(s)无人救援艇运动数学模型输出值。4.根据权利要求2所述的一种基于改进白鲸算法的无人救援艇航向控制方法，其特征在于，所述无人救援艇动力装置数学模型为：；式中，s为函数变量，G
p
(s)为无人救援艇动力装置数学模型输出值。5.根据权利要求2所述的一种基于改进白鲸算法的无人救援艇航向控制方法，其特征在于，所述复杂海浪干扰数学模型采用三阶环节为：；式中，s为函数变量，G1(s)为复杂海浪干扰数学模型输出值；所述正常海浪干扰数学模型采用典型二阶环节为：；式中，s为函数变量，G2(s)为正常海浪干扰数学模型输出值。6.根据权利要求1所述的一种基于改进白鲸算法的无人救援艇航向控制方法，其特征在于，所述步骤二中无人救援艇航向控制系统结构模型，其航向控制器采用分数阶PID，同时通过改进白鲸优化方法优化整定分数阶PID参数，分数阶PID公式为：
；式中，K
p
为比例系数，K
i
为积分系数，K
d
为微分系数，λ为积分阶次，μ为微分阶次，S为函数变量，G3(S)为分数阶PID公式输出值。7.根据权利要求1所述的一种基于改进白鲸算法的无人救援艇航向控制方法，其特征在于，所述步骤三中在基础白鲸算法基础上引入新的平衡因子策略和非线性的鲸落概率更新策略改进白鲸算法；新的平衡因子策略计算如下式所示：；式中，T和T
max
分别为当前迭代次数和最大迭代次数，randn为正态随机数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉璘，徐明辉，曹旭，饶志鹏，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：