基于三参数单纯形法的船舶操纵Norrbin模型参数辨识

摘要

为有效估计船舶操纵运动模型参数，本文提出一种基于三参数单纯形法(SA)的非线性辨识方法。该方法以试验数据为基础构建精度指标函数，确立模型输出与试验数据之间的差异评判准则；通过在三维参数空间中执行反射、扩张、收缩等几何操作，对参数进行迭代寻优。算法经不断迭代直至满足收敛准则，最终获得使指标函数最小化的全局最优参数组合。应用该SA算法对Mariner船的Norrbin模型参数进行辨识，并分别采用支持向量机(SVM)与扩展卡尔曼滤波(EKF)算法作为对比方法，系统开展了辨识性能的对比分析。通过计算各方法参数的相对误差可知，SA算法的辨识精度显著优于其他两种方法：其参数相对误差均为0.022%,最大误差不超过0.041%;EKF算法的参数相对误差范围为8.150%～32.068%,而SVM算法的参数相对误差均为11.2%,部分参数误差甚至超过20%。结果表明，采用SA算法辨识得到的模型更符合船舶的实际操纵性能。此外，在算法结构方面，SA方法相较于SVM与EKF算法更为简洁，所需预设参数更少，因而具备更好的实用性与工程适用性。

关键词

船舶操纵性 / Norrbin模型 / 参数辨识 / 单纯形法(SA)

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51779029;61976033;51939001); 国家重点研发计划项目(2022YFB4301402)