随着海洋工程技术的日益发展,动力定位系统已逐渐成为船舶海上作业所必备的支撑系统,它主要应用于船舶的定位作业、海底管道及电缆铺设、海上救援等工程领域。动力定位系统可以给执行机构发送控制指令,进而能够使船舶保持在固定位置或航向上。推力分配作为动力定位系统的一个重要模块,其性能将直接影响系统的控制精度与可靠性。本文围绕推力分配这个前沿性课题,对推力分配优化模型及优化算法展开深入研究,研究内容主要包括以下几个方面:首先,建立船舶三自由度运动学与动力学模型以及风、浪、流干扰模型以便反映船舶在外界环境干扰以及推进器共同作用下的运动特性。同时,依据螺旋桨的水动力特性给出推进器的推力、转矩与功率模型,并从推进器的角度分析了实际出现推力损失的原因,为下文的研究奠定了模型基础。其次,推力分配可以作为一个最优化问题来处理,因而对其优化模型进行深入研究。综合考虑推进器总能量消耗、分配指令误差与推进器磨损,建立一般形式的推力分配目标函数。并在此基础上结合功率管理,从减小电网频率变化的角度出发,提出了基于功率管理的推力分配目标函数,保证船舶电力系统的安全性与稳定性。同时针对推进器推力以及方位角的物理限制建立约束条件,并考虑推进器禁区角的设置以减小推力损失。再次,本文将人工鱼群算法引入推力分配领域,同时为了进一步提高分配性能,又对其做了两次改进。首先从算法自身结构出发,提出了全局人工鱼群算法,增加了算法的全局寻优性能;其次再结合模拟退火的思想,提出了模拟退火全局人工鱼群算法,增强了算法的后期收敛精度及突跳能力。最后,为所研究的模型对象设计一个控制器,使之形成一个闭环控制系统,并通过闭环系统仿真,验证所建立的控制器具有良好的控制精度。之后在闭环控制系统的基础上加入推力分配环节,应用人工鱼群及其两种改进算法进行推力分配仿真验证。仿真结果表明,三种算法都能很好地解决推力分配问题,并且基于功率管理的推力分配模型在功率变化上非常平缓,能够有效地避免由于负载突变而造成的电网频率突变,保证电力系统安全;同时该分配模型还能在一定程度上减少功率的消耗。将三种算法得到的仿真结果进行对比发现,模拟退火全局人工鱼群算法具有最优的分配性能,全局人工鱼群算法的性能则又比基本人工鱼群算法有所提高。