abbr. SJ GMU
ISSN 2657-5841 (printed)
ISSN 2657-6988 (online)
DOI: 10.26408
Pozycyjne sterowanie ruchem statku z różnymi typami obserwatorów. Badania symulacyjne
Dynamic ship positioning control with various types of observers. Simulation research
Abstract:
The article presents the results of simulation tests of the multidimensional ship motion control system with different types of observers. The mathematical model of ship dynamics is based on the model of the training ship “Blue Lady” used for training captains in the Manoeuvring Centre of the Foundation for Sailing Safety and Environment Protection on the lake Silm in Ilawa/Kamionka. The algorithm of the multidimensional control of ship motion over water surface makes use of the state vector consisting of 6 variables, three of which are measured, including the position coordinates (x, y) measured by GPS, and the ship heading ? measured by the gyro-compass. The three remaining variables, i.e. u – surge velocity, v – sway velocity, and r – yaw velocity are estimated. The objects of tests were the multidimensional control systems making use of estimators constructed based on the discrete Kalman filter, the extended Kalman filter, the continuous Kalman-Buca filter, and the nonlinear observer.
Streszczenie:
W pracy przedstawiono wyniki badań symulacyjnych układu sterowania wielowymiarowego ruchem statku z różnymi typami obserwatorów. Jako model matematyczny dynamiki statku zastosowany został model statku treningowego „Blue Lady”, wykorzystywany do szkolenia kapitanów w Ośrodku Manewrowania Fundacji Bezpieczeństwa Żeglugi i Ochrony Środowiska na jeziorze Silm w Iławie/ /Kamionce. Algorytm sterowania wielowymiarowego ruchem statku po powierzchni wody wykorzystuje wektor stanu, składający się z sześciu zmiennych, przy czym trzy z nich są mierzone. Są to współrzędne położenia (x, y) mierzone przez GPS oraz kurs statku ? mierzony przez żyrokompas, pozostałe trzy u – prędkość wzdłużna, v – prędkość poprzeczna, r – prędkość kątowa są estymowane. W pracy przebadano układy sterowania wielowymiarowego, wykorzystujące obserwatory zbudowane na podstawie filtru Kalmana, rozszerzony filtr Kalmana, filtr ciągły Kalmana-Bucy i obserwator nieliniowy.
Słowa kluczowe:
sterowanie statkiem
obserwatory stanu
Issue:
Pages:
110
128
Download full text in pdf:
References:
Brown R.G., Hwang P.Y.C., Introduction to Random Signals and Applied Kalman Filtering with Matlab Exercises and Solutions, 3rd edition, John Wiley & Sons, Inc, 1997.
Fossen T.I., Guidance and control of ocean vehicles, John Wiley & Sons, Chichester, UK, 1994.
Fossen T.I., Marine Control Systems: Guidance, Navigation, and Control of Ships, Rigs and Underwater Vehicles, Marine Cybernetics, Trondheim, Norway, 2002.
Foundation for Safety of Navigation and Environment Research, 2010, www.ilawashiphandling. com.pl.
Gierusz W., Simulation model of the shiphandling training boat „Blue Lady”, Proceedings of the 5th IFAC Conference on Control Application in Marine Systems (CAMS-2001), 18-20 July, Glasgow, Scotland, 2001.
Gierusz W., Synteza wielowymiarowych układów sterowania precyzyjnego ruchem statku z wykorzystaniem wybranych metod projektowania układów odpornych, Wydawnictwo Akademii Morskiej w Gdyni, Gdynia 2005.
Lindegaard K.-P., Acceleration Feedback in Dynamic Positioning, PhD Thesis, Norwegian University Science & Technology, Department of Engineering Cybernetics, Trondheim, Norway, 2003.
Sorensen A.J., A survey of dynamic positioning control systems. Annual Reviews in Control, Vol. 35, Issue 1, 2011, s. 123–136.
Tomera M., Discrete Kalman filter design for multivariable ship motion control: experimental results with training ship, Joint Proceedings of Gdynia Maritime Academy & Hochschule Bremerhaven, Bremerhaven, 2010, s. 26–34.
Tomera M., Dynamic positioning system design for Blue Lady, Polish Maritime Research, Special Issue S1, Vol. 19, 2012, No. 74, s. 57–65.
Tomera M, Kalman-Bucy filter design for multivariable ship motion control, Methods and Algorithms in Navigation – Marine Navigation and Safety of Sea Transportation, Editors Adam Weintrit & Tomasz Neumann, Published by CRC Press/Balkema, 2011, s. 21–31.
Tomera M., Nonlinear observers design for multivariable ship motion control, Polish Maritime Research, Special Issue S1, Vol. 19, 2012, No. 74, s. 50–56.