自适应粒子群算法在AUV水动力参数辨识中的应用

周 怡，王俊雄

(上海交通大学 船舶海洋工程国家重点实验室，上海 200240)

引 言

自主式水下航行器（AUV）水动力参数的辨识成为对其运动研究和运动控制器设计的关键所在[1]。在工程应用中，对水动力系数求取的主要方法有：经验公式估算方法、数值模拟方法、模型试验方法以及基于实航数据的参数辨识方法。经验公式估算方法具有较好的经济性和可行性，但其精确性难以保证。数值模拟方法大多采用流体计算（CFD）软件，但计算量较大，且计算结果容易受到模型网格划分质量和边界条件的影响[2]；模型试验方法虽然对水动力参数的求取精确度较高，但其成本较高，花费时间较长，会不可避免的受到传感器及操作误差的影响[3]；基于实航数据的参数系统辨识方法成本较低，能更好地反映航行器在真实环境中的水动力参数，适用性和精确性较好。

现阶段的AUV水动力参数系统辨识方法有很多，但大多数辨识所用到的数据来源或辨识方程为AUV的水平面运动或竖直平面运动甚至单自由度运动等，未考虑完整的六自由度运动方程。一些辨识方法在遇到数据掺杂噪声时辨识结果较差，往往需要对数据预先进行滤波消噪处理，加大了参数辨识的工作量。例如参数辨识中的牛顿—拉夫逊算法对数据初值极为敏感[4]，也会导致辨识工作变得复杂。为完善或避免上述问题，本文采用自适应粒子群优化算法和最小二乘[5-6]准则相结合的方式对AUV水动力参数进行辨识。……