劉　勝，任　冬，李　冰
哈爾濱工程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，黑龍江哈爾濱

摘　　　要：潛器是一個(gè)多變量、高度非線性系統(tǒng)，對(duì)于這種特殊的控制對(duì)象，Ｓ面控制是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的控制方法，但由于其不具備自學(xué)習(xí)能力，所以控制器參數(shù)需要人工調(diào)整。粒子群（ＰＳＯ）算法可以用來(lái)處理Ｓ面控制器參數(shù)整定的問(wèn)題，但ＰＳＯ算法目前還存在著早熟收斂、易陷入局部極值等不足。針對(duì)此問(wèn)題，引入模擬退火（ＳＡ）算法對(duì)ＰＳＯ算法進(jìn)行優(yōu)化，提出模擬退火粒子群優(yōu)化（ＳＡ�玻校樱希┧惴ǎ�此方法不僅實(shí)現(xiàn)了Ｓ面控制器參數(shù)的自調(diào)整，還提高了Ｓ面控制器參數(shù)整定的優(yōu)化能力。較后，通過(guò)潛器的運(yùn)動(dòng)控制仿真試驗(yàn)，證實(shí)了該方法的可行性和優(yōu)越性。

關(guān)　鍵　詞：潛器；Ｓ面控制；ＳＡ�玻校樱纤惴ǎ恢悄軆�(yōu)化

１　引　言
在海洋開(kāi)發(fā)和海洋工程中，由于潛器要執(zhí)行各種復(fù)雜的任務(wù)，因而它應(yīng)具備良好的操縱性能。潛器是一個(gè)多變量、高度非線性系統(tǒng)，各個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)相互耦合，其耦合情況既難以定性地描述，更難以定量地表達(dá)。同時(shí)，由于其本身獨(dú)有的、動(dòng)力學(xué)特性、水下環(huán)境的不確定性和任務(wù)的復(fù)雜性建立精確的潛器運(yùn)動(dòng)模型是十分困難的，所以水下潛器的控制器設(shè)計(jì)必須考慮非線性問(wèn)題［１�玻玻荨Ｎ墨I(xiàn)［３］提出了一種Ｓ面控制方法，該方法將模糊控制的思想與ＰＩＤ控制的結(jié)構(gòu)相結(jié)合，既簡(jiǎn)化了控制器的設(shè)計(jì)，又能保證控制效果。文獻(xiàn)［４］在文獻(xiàn)［３］的基礎(chǔ)上借鑒神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差反學(xué)習(xí)算法，提出一種改進(jìn)的Ｓ面控制自學(xué)習(xí)算法。文獻(xiàn)［５］選擇不同類(lèi)型的Ｓ型非線性函數(shù)替代Ｓｉｇｍｏｉｄ型Ｓ面控制中的Ｓｉｇｍｏｉｄ函數(shù)，通過(guò)對(duì)比不同類(lèi)型的Ｓ面控制器，提出廣義Ｓ面控制器。以上文獻(xiàn)中的Ｓ面控制方法都經(jīng)過(guò)了大量的試驗(yàn)，取得了較好的控制效果［３�玻担荨５�是，以上方法都是從模糊控制思想出發(fā)，不具備自學(xué)習(xí)能力，控制器參數(shù)需要人工調(diào)整，這些調(diào)整都是全局區(qū)域范圍內(nèi)的調(diào)整，沒(méi)有局部調(diào)整功能，不易達(dá)到較佳匹配。因此，這里的參數(shù)調(diào)整只是對(duì)系統(tǒng)的一種近似，控制對(duì)象的復(fù)雜性和不確定性使得任何一種近似方式都有很大的余地。針對(duì)Ｓ面控制參數(shù)整定的魯棒性問(wèn)題，已有一些優(yōu)化算法來(lái)進(jìn)行Ｓ面控制器參數(shù)的尋優(yōu)，如預(yù)測(cè)分析方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法［６］、遺傳算法［７］以及粒子群優(yōu)化（ＰａｒｔｉｃｌｅＳｗａｒｍＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ＰＳＯ）算法［８］等。ＰＳＯ算法較初用來(lái)處理連續(xù)優(yōu)化問(wèn)題，目前其應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到組合優(yōu)化問(wèn)題。由于其對(duì)所優(yōu)化目標(biāo)的先驗(yàn)知識(shí)要求很少、簡(jiǎn)單、有效等特點(diǎn)，短短幾年時(shí)間里ＰＳＯ算法便獲得了很大的發(fā)展，但ＰＳＯ算法目前還存在著早熟收斂、易陷入局部極值等不足。模擬退火法（ＳｉｍｕｌａｔｅｄＡｎｎｅａｌｉｎｇ，ＳＡ）采用溫度Ｔ來(lái)控制粒子遺傳到下一代的概率，粒子進(jìn)化后期，溫度下降得足夠慢，粒子不會(huì)輕易跳出有“希望”的搜索區(qū)域，從而增強(qiáng)了粒子的局部搜索能力，可以避免ＰＳＯ算法的“早熟”收斂。本文在對(duì)Ｓ面控制算法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，采用模擬退火�擦Ｗ尤簝�(yōu)化（ＳＡ�玻校樱希┧惴▽�(duì)其進(jìn)行控制參數(shù)的優(yōu)化整定，更好地協(xié)調(diào)全局和局部搜索能力，有利于快速找到全局較優(yōu)點(diǎn)，使得Ｓ面控制器的尋優(yōu)能力大大增強(qiáng)。將本法用于潛器運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了其有效性。

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