УДК 681.51: 656.61

НЕЛИНЕЙНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ ДЛЯ УДЕРЖАНИЯ СУДНА НА ЗАДАННОЙ ТРАЕКТОРИИ ПРИ «СИЛЬНЫХ» МАНЕВРАХ

Е.А. Шушляпин, В.А. Карапетьян, А.Е. Безуглая, А.А. Афонина

Аннотация


Исследования являются частью работ по созданию маломерного робо-тизированного научно-исследовательского судна для комплексного экологического мониторинга морской прибрежной акватории Черного моря, а также озер и рек, с базированием в г. Севастополе. На основе сформированной аналитической нелинейной модели судна катамаранного типа с двумя винто-рулевыми колонками, учитывающей его массогабаритные и тяговые характеристики, разработаны первоначальный и упрощенный способы управления угловой скоростью и курсом судна при «сильных» маневрах с использованием метода конечных состояний. Под «сильными» маневрами в судовождении понимаются маневры с большими углами перекладки рулей, когда линеаризованные модели судов неприменимы. Разработанные способы управления имеют вид простых структур, явно зависящих от задающего воздействия, длины судна, упоров винто-рулевых колонок, момента инерции судна, а также известных нелинейных функций текущего состояния – скоростей по продольной и поперечной осям судна, угловой скорости и угла поворота винто-рулевых колонок. В упрощенном способе значения измерений скоростей не используются.

Ключевые слова


нелинейные системы; катамаран; удержание судна на траектории; управление угловой скоростью; управление курсом; метод конечного состояния; сильные маневры

Полный текст:

PDF

Литература


  1. Вагущенко Л.Л., Цымбал Н.Н. Системы автоматического управления движением судна // М.: ТрансЛит, 2007. 376 с.
  2. Шушляпин Е.А., Карапетьян В.А., Афонина А.А., Филлер И.Ю. Задачи безэкипажного судоходства и математическая модель научно-исследовательского судна «Пионер-М» // Робототекхника и искусственный интеллект – 2016: Материалы ВИИИ Всероссийской научно-текхнической конферентсии с международным участием. Красноярск: БИК СФУ. 2016. С. 117–122.
  3. Hariprasad S.A. et al. A Design Approach to Rudder Controller // International Journal of Computer Science. 2012. vol. 3. Issue 3. pp. 23–29.
  4. Дорри М.Х., Острецов Г.Э., Рощин А.А. Способ управления движением судна по заданной траектории // Патент РФ. № 2465169. 2012. 9 с.
  5. Острецов Г.Э., Клячко Л.М., Памухин С.Г. Способ управления движением судна по заданной траектории // Патент РФ. № 2483973. 2013. 7 с.
  6. Aguiar A.P., Pascoal A.M. Dynamic positioning and way-point tracking of underactuated AUVs in the presence of ocean currents // International Journal of Control. 2007. vol. 80. no. 7. pp. 1092–1108.
  7. Zhao Y., Huang H., Zhuang Y. The Heading Control of POD-Driven Ship Using Adaptive Integrator Backstepping // Proceedings of the 5th International Conference on Electrical Engineering and Automatic Control. 2016. pp. 173–179.
  8. Кориков А.М. Интеллектуальное управление в технических системах // Научный вестник НГТУ. 2014. № 1(54). С. 18–26.
  9. Witkowska A., Smierzchalski R. Designing a ship course controller by applying the adaptive backstepping method // International Journal of Applied Mathematics and Computer Science. 2012. vol. 22. no. 4. pp. 985–997.
  10. Sutulo S., Moreira L., Soares C.G. Mathematical models for ship path prediction in manoeuvring simulation systems // Ocean engineering. 2002. vol. 29. no. 1. pp. 1–19.
  11. Yoshimura Y. Mathematical model for manoeuvring ship motion (MMG Model) // Workshop on Mathematical Models for Operations involving Ship-Ship Interaction. 2005. pp. 1–6.
  12. Ashrafiuon H., Muske K. R., McNinch L. C., Soltan R. A. Sliding Mode Tracking Control of Surface Vessels // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2008. vol. 55. no. 11. pp. 4004–4012.
  13. Isidori A. Nonlinear Control Systems: 3nd Ed // N.Y.: Springer Verlag, 1995. 485 p.
  14. Wu W. Lyapunov-Based Designe Procedures for a State-Delay Chemical Process // 14th World Congress of IFAC. 1999. vol. N. pp. 127–132.
  15. Батенко А.П. Системы терминального управления // М.: Радио и связь. 1984. 160 с.
  16. Шушляпин Е.А. Управление нелинейными системами на основе прогноза конечного состояния неуправляемого движения // Севастополь: СевНТУ. 2012. 282 с.
  17. Методы классической и современной теории автоматического управления: учебник в 5-ти тт. Т.5: Методы современной теории автоматического управления / Под ред. К.А. Пупкова, Н.Д. Егупова // М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2004. 784 с.
  18. Xu T., Liu X., Yang X. A novel approach for ship trajectory online prediction using BP neural network algorithm // Advances in information Sciences and Service Sciences (AISS). 2012. vol. 4. no. 11. pp. 271–277.
  19. Седова Н.А. Формирование лингвистических переменных для задач судовождения // Эксплуатация морского транспорта. 2013. № 2(72). С. 19–23.
  20. Шушляпин Е.А., Безуглая А.Е., Афонина А.А. Управление мобильным роботом «ArcboticsSparki» методом конечного состояния // Системы контроля окружающей среды. 2016. Вып. 5(25). С.34–40.
  21. Афонина А.А., Безуглая А.Е., Шушляпин Е.А., Подольская О.Г. Управление двухколесным роботом дискретным методом конечного состояния // Наука и мир. 2016. № 4(32). С. 28–36.
  22. Справочник по теории корабля: В трех томах. Том 3. Управляемость водоизмещающих судов. Гидродинамика судов с динамическими принципами поддержания / Под ред. Я.И. Войткунского // Л.: Судостроение. 1985. 544 с.
  23. Алексеев В.М. Об одной оценке возмущений обыкновенных дифференциальных уравнений // Вестн. Москов. ун-та. Сер.1. Математика, механика. 1961. № 2. С. 28–36.
  24. Zan Y. et al. Research on Real-Time Simulation System of Ship Motion Based on Simulink // Open Mechanical Engineering Journal. 2014. vol. 8. pp. 820–827.


Евгений Андреевич Шушляпин - д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры информатики и управления в технических системах института информационных технологий и управления в технических системах, ФГАОУ ВО "Севастопольский государственный университет".
Область научных интересов: управление нелинейными системами.
Число научных публикаций: 127.

Адрес (E-mail): 6u6@bk.ru
Почтовый адрес: ул. Университетская, 33, Севастополь, 299053
Телефон: +7(8692)435-130


Валерий Артёмович Карапетьян - к-т техн. наук, доцент, доцент кафедры информатики и управления в технических системах института информационных технологий и управления в технических системах, ФГАОУ ВО "Севастопольский государственный университет".
Область научных интересов: анализ и синтез систем автоматического управления.
Число научных публикаций: 42.

Адрес (E-mail): karvalart@mail.ru
Почтовый адрес: ул. Университетская, 33, Севастополь, 299053
Телефон: +7(8692)435-130


Анна Евгеньевна Безуглая - к-т техн. наук, associate professor, доцент кафедры информационные системы института информационных технологий и управления в технических системах, ФГАОУ ВО "Севастопольский государственный университет".
Область научных интересов: робототехника, управление нелинейными системами.
Число научных публикаций: 24.

Адрес (E-mail): anna_bezuglaya@list.ru
Почтовый адрес: ул. Университетская, 33, Севастополь, 299053
Телефон: +7(8692)435-130


Анастасия Александровна Афонина - аспирант кафедры информатики и управления в технических системах института информационных технологий и управления в технических системах, ФГАОУ ВО "Севастопольский государственный университет".
Область научных интересов: управление нелинейными системами.
Число научных публикаций: 4.

Адрес (E-mail): a.afonina@ubk.su
Почтовый адрес: ул. Университетская, 33, Севастополь, 299053
Телефон: +7(8692)435-130




DOI: http://dx.doi.org/10.15622/sp.53.9