Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Последовательный компенсатор в задаче удержания положения надводного судна

https://doi.org/10.17587/mau.21.566-574

Полный текст:

Аннотация

Настоящая работа посвящена решению задачи удержания положения надводного судна с использованием метода последовательного компенсатора. Для описания движения надводного судна в плоскости рассматривается динамическая модель в параллельных координатах с тремя степенями свободы, соответствующими продольному, поперечному и вращательному движениям. Принимается, что для обеспечения полноценного маневрирования надводное судно оборудовано несколькими исполнительными приводами, конкретная конфигурация которых учитывается соответствующим распределителем упоров. Таким образом, без потери общности в рамках синтеза регулятора принимается, что многомерная структура системы характеризуется тремя входными и тремя выходными сигналами, которые, кроме того, содержат перекрестные связи между поперечным и вращательным движениями. Предполагается, что модель надводного судна содержит параметрические и сигнальные неопределенности, представленные неизвестными физическими параметрами масс и демпфирования и неизмеримыми производными регулируемых сигналов. Решаемая задача предполагает функционирование надводного судна в нестационарной среде, оказывающей влияние на объект в виде внешних возмущающих воздействий. Приведено решение задачи удержания заданного положения надводного судна с использованием метода последовательного компенсатора, который представляет собой робастный регулятор по выходу, построенный на основе принципа сильной обратной связи. Проведен анализ устойчивости системы частного характера применительно к рассматриваемому приложению. В рамках анализа перекрестные связи рассматриваются как ограниченные возмущения, что позволяет показать в системе свойства экспоненциальной устойчивости. Особое внимание в статье уделено проведению экспериментальных исследований системы динамического позиционирования влаборатории морской кибернетики (Marine Cybernetics laboratory, MC lab) Центра автономных морских операций и систем (Centre for autonomous marine operations and systems, A MOS) Норвежского университета технических и естественных наук (Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, NTNU ). В рамках экспериментальных исследований отработаны два сценария: удержание положения при воздействии внешних возмущений и удержание положения в "тесте четырех углов". Проведенные эксперименты иллюстрируют работоспособность разработанной системы динамического позиционирования при практическом применении к физической модели надводного судна.

Об авторах

О. И. Борисов
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО"
Россия

Кандидат технических наук, доцент

г. Санкт-Петербург



А. Р. Даль
Норвежский университет естественных и технических наук
Норвегия

Аспирант

г. Тронхейм



А. А. Пыркин
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО"
Россия

Доктор технических наук, профессор

г. Санкт-Петербург



Ф. Б. Громова
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО"
Россия

Аспирант, младший научный сотрудник

г. Санкт-Петербург



Р. Щетне
Норвежский университет естественных и технических наук
Норвегия

PhD, профессор

г. Тронхейм



Список литературы

1. Balchen J. G., Jenssen N. A., Mathisen E., Sælid S. A Dynamic Positioning System Based on Kalman Filtering and Optimal Control // Modeling, Identification and Control. 1980. Vol. 1, N. 3. P. 135—163. URL: https://doi.org/10.4173/mic.1980.3.1

2. Breivik M., Kvaal S., Østby P. From Eureka to K-Pos:Dynamic Positioning as a Highly Successful and Important Marine Control Technology // IFAC 10th IFAC Conference on Manoeuvring and Control of Marine Craft (MCMC). 2015. Vol. 48, N. 16. URL: https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2016.01.001.

3. Skjetne R., Imsland L., Løset S. The A rctic DP research project: Effective station keeping in ice // Modeling, Identification and Control. 2014. Vol. 35, N. 4. P. 191—210. URL: https://doi.org/10.4173/mic.2014.4.1.

4. Романенко Н. Г., Головко С. В., Сундетов Р. И. Система динамического позиционирования для оптимального управления буксиром-толкачем с буксируемым грузом // Вестник Астраханского государственного технического университета. 2016. Т. 62, № 2. С. 24—29.

5. Бобцов А. А. Робастное управление по выходу линейной системой с неопределенными коэффициентами // Автоматика и телемеханика. 2002. № 11. С. 108—117.

6. Фрадков А.л. Синтез адаптивной системы стабилизации линейного динамического объекта // Автоматика и телемеханика. 1974. № 12. С. 96—103.

7. Фрадков А.л. Квадратичные функции Ляпунова в задаче адаптивной стабилизации линейного динамического объекта // Сиб. мат. журн. 1976. № 2. С. 436—446.

8. Власов С. М., Борисов О. И., Громов В. С., Пыркин А. А., Бобцов А. А. Алгоритмы адаптивного и робастного управления по выходу роботизированным макетом надводного судна // Мехатроника, автоматизация, управление. 2016. Т. 17, № 1. С. 18—25. URL: https://doi.org/10.17587/mau.17.18-25.

9. Johansen T. A., Hovd M. The Department of Engineering Cybernetics at NTNU: From 1994 Into the Future // Modeling, Identification and Control. 2009. Vol. 30, N. 3. P. 127—132. URL: https://doi.org/10.4173/mic.2009.3.3.

10. Frederich P. Constrained Optimal Thrust A llocation for C/S Inocean Cat I Drillship (Master thesis). Norwegian University of Science and Technology. 2016.

11. Lyngstadaas O. N., Sæterdal T. E., Sørensen M. E. N., Breivik M. Improvement of Ship Motion Control Using a Magnitude-Rate Saturation Model // IEEE Conference on Control Technology and Applications (CCTA). 2018. URL: https://doi.org/10.1109/CCTA.2018.8511451.

12. Fossen T. I. Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control. John Wiley & Sons, 2011. URL: https://doi.org/10.1002/9781119994138.

13. Bobtsov A. A., Faronov M. V., Furtat I. B., Pyrkin A. A., Arustamov S. A. Adaptive Control of Linear MIMO Systems // Proceedings of the 6th International Congress on Ultra Modern elecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT). 2014. P. 584—589. URL: https://doi.org/10.1109/ICUMT.2014.7002166.

14. Khalil H. K. Nonlinear Systems. 3rd ed. Pearson, 2002.

15. Slotine J.-J. E., Li W. Applied Nonlinear Control. New Jersey: Prentice Hall, 1991.

16. Sastry S. Nonlinear Systems: Analysis, Stability, and Control. New York:. Springer-Verlag, 1999. URL: https://doi.org/10.1007/978-1-4757-3108-8.

17. Young W. H. On Classes of Summable Functions and their Fourier Series // Proceedings of the Royal Society, Part A. 1912. Vol. 87. P. 225—229. URL: https://doi.org/10.1098/rspa.1912.0076.

18. Bjørnø J., Heyn H.-M., Skjetne R., Dahl A. R., Frederich P. Modeling, parameter identification and thruster-assisted position mooring of C/S Inocean CAT I Drillship // ASME 2017 36th International Conference on Ocean, Offshore and A rctic Engineering. 2017. Vol. 7B: Ocean Engineering. 2017. URL: https://doi.org/10.1115/OMAE2017-61896.

19. Station-Keeping by the Consecutive Compensator. (2019) YouTube video, added by itmo4robots [Online]. URL: https://youtu.be/HlBanvOUEJk [Accessed 2019-04-17].

20. Skjetne R., Sørensen M. E. N., Breivik M., Værnø S. A. T., Brodtkorb A. H., Sørensen A. J., Kjerstad Ø. K., Calabrò V., Vinje B. O. AMOS DP research cruise 2016: Academic full-scale testing of experimental dynamic positioning control algorithms onboard R/ V Gunnerus // ASME 2017 36th International Conference on Ocean, Offshore and A rctic Engineering. 2017. URL: https://doi.org/10.1115/OMAE2017-62045.


Для цитирования:


Борисов О.И., Даль А.Р., Пыркин А.А., Громова Ф.Б., Щетне Р. Последовательный компенсатор в задаче удержания положения надводного судна. Мехатроника, автоматизация, управление. 2020;21(10):566-574. https://doi.org/10.17587/mau.21.566-574

For citation:


Borisov O.I., Dahl A.R., Pyrkin A.A., Gromova F.B., Skjetne R. Consecutive Compensator in Station-Keeping of a Surface Vessel. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2020;21(10):566-574. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.21.566-574

Просмотров: 62


ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)