听说过GPS定位系统，那什么是船舶动力定位系统呢？船舶动力定位系统(DynamicPositioningSystem)是一种闭环的控制系统，其采用推力器来提供抵抗风、浪、流等作用在船上的环境力，从而使船尽可能地保持在海平面上要求的位置上，其成本不会随着水深增加而增加，并且操作也比较方便。
想让船定在哪里就可以让船定在哪里，不需要抛锚，不仅减少了复杂的抛锚工序，而且工作的水深亦不受锚系长度的限制，甚至可以在水深大于米以上的深度进行工作，是不是听起来就很厉害？
江苏科技大学俞孟蕻教授的团队长期从事船舶综合控制技术，以海工多用途船舶为试验对象，利用遗传粒子群优化算法对最优控制器的加权矩阵的权重系数进行确定，节约了人工不断调试带来的耗时和麻烦。本为即为此研究的成果，一起来学习一下吧！
遗传粒子群优化算法在船舶动力定位控制中的应用
薛彩霞,袁伟,俞孟蕻,樊冀生
中国舰船研究，,11(4):-
作者简介俞孟蕻，男，年7月生，教授，硕士生导师，现任江苏科技大学副校长、党委常委，张家港校区、苏州理工学院党委书记，张家港校区管委会主任，苏州理工学院院长。主要从事控制理论与控制工程方面的教学和研究工作，是江苏省有突出贡献中青年专家，中国造船学会高级会员、江苏省造船学会高级会员、江苏省自动化学会常务理事和中国海洋学会军事海洋学专业委员会委员。主持和参与了国家发改委科技攻关项目、国家重大科技成果转化项目、科技部中小企业创新基金项目、省重大科技成果转化项目、省高技术研究项目、省科技支撑项目、省重大产学研项目和交通部重大科技专项等，获省部级和社会力量科技进步一、二、三等奖16项。
俞孟蕻教授的团队
江苏科技大学俞孟蕻教授的团队长期从事船舶综合控制技术、海洋工程电力系统和电力系统综合自动化方面的研究。俞教授主持并参与了国家发改委科技攻关项目、科技部中小企业创新基金项目、国家重大科技成果转化项目、省重大科技成果转化项目、省高技术研究项目、省科技支撑项目、省重大产学研项目和交通部重大科技专项等。在工业自动化领域，主持或参与完成20多项企业合作项目以及国防预研基金项目。共有18项科技成果通过省部级和市厅级鉴定，获省部级和社会力量科技进步一、二、三等奖14项，公开发表学术论文50余篇，授权发明专利和实用新型专利7项，软件著作权5项，参与编制疏浚自动化国家标准3部。
江苏科技大学电子信息学院
论文背景在船舶动力定位最优控制器的设计过程中，有很多加权矩阵的权重系数需要设定，权重系数对最终的输出结果有重要的影响。一般情况下，仿真实验中都是根据系统物理特性和实践经验来确定最优控制的权重系数。如仿真结果不好，再对已输出的结果进行分析，不断修改每个加权矩阵的系数，直至仿真结果理想为止。
以上这种通过不断实验确定加权矩阵权重系数的方法，既需要对系统的特性了解透彻，又需要花费很多时间进行调试。因此，众多学者开始深入研究如何更方便地得到较准确的权重系数。本文提出遗传粒子群优化算法来进行权重系数的寻优，提高船舶运动控制的速度和精确度，并通过实验验证了该算法的有效性。
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论文重点内容针对船舶动力定位系统精确定点控制的问题，结合遗传算法（GA）独特的选择交叉变异功能和粒子群优化算法（PSO）较好的记忆功能等优点，提出了遗传粒子群（GAPSO）算法，并应用到最优控制性能指标加权矩阵的权重系数选择中。通过1艘海工多用途动力定位船舶定点控制仿真实验，使船舶纵荡和横荡的位置及艏摇角都逐渐保持在期望值，且所有输出值都收敛有界，结果与传统最优控制相比，遗传粒子群算法在最优控制中更具有效性及较好的寻优性能，有益于船舶工程的应用。
图1起始点为（0，0）的船舶运动轨迹，分别为真实值的运动轨迹、LQG控制的运动轨迹以及GAPSO-LQG控制的运动轨迹
LQG控制的运动轨迹最终实现了定点控制，但是控制达到稳定的时间较久，偏离期望值较远；GAPSO-LQG控制的运动轨迹一开始有一点小的波动，随后很快与真实轨迹吻合一直到期望值（50m，50m），表明该方法能很快平稳地达到预期的效果。
若船舶起始位置不在原点处，将起始位置改为η(0)=(10m?10m?5°)T，期望位置不变，仿真结果见图2。
图2起始点为（10，10）的船舶运动轨迹
可以看出，GAPSO-LQG控制的运动轨迹能够很快、很稳定地达到期望值，实现精确定点控制，说明GAPSO算法在该系统中具有普遍性，无论船舶处于怎样的初始位置，船舶都能平稳快速地运动到设定的期望值。
将遗传粒子群算法得出的最优加权矩阵应用到LQG控制中，使得船舶能够更快地达到平稳状态以及设定的期望值，且相对于LQG控制的结果，加入算法的曲线波动幅度较小，超调较小，能达到满意的效果，同时船舶系统的稳定性和鲁棒性增强，对船舶动力定位的定点控制仿真大有裨益。
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