Розробка моделі керування завантаженням судна класу Heavy Lift на основі інверсного алгоритму

Автор(и)

  • Oleksandr Solovey Херсонська державна морська академія пр. Ушакова, 20, м. Херсон, Україна, 73000, Україна https://orcid.org/0000-0002-2605-6788
  • Andrii Ben Херсонська державна морська академія пр. Ушакова, 20, м. Херсон, Україна, 73000, Україна https://orcid.org/0000-0002-9029-3489
  • Sergiy Dudchenko Херсонська державна морська академія пр. Ушакова, 20, м. Херсон, Україна, 73000, Україна https://orcid.org/0000-0002-1613-7226
  • Pavlo Nosov Херсонська державна морська академія пр. Ушакова, 20, м. Херсон, Україна, 73000, Україна https://orcid.org/0000-0002-5067-9766

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.214856

Ключові слова:

оптимальне керування, ПІД-регулятор, великовагові вантажі, інверсний алгоритм, моделювання завантаження

Анотація

Метою роботи є розробка методу оптимального керування вантажними операціями з негабаритними великоваговими вантажами на морських суднах. На основі проведеного аналізу наукових досліджень в галузі завантаження великовагових вантажів визначено пріоритетні напрямки вдосконалення автоматизованих систем управління вантажними операціями на суднах. В рамках наукової гіпотези для підвищення точності процесів завантаження було запропоновано синхронізувати розв’язання задачі керування рухом судна і автоматизованого керування великоваговими бортовими кранами.

В роботі проаналізована динамічна модель системи «судно-кран-груз» і критерії оптимальності в задачі регулювання-стабілізації судна за умов мінімізації часу завантаження.

Розроблено інверсний алгоритм завантаження, що побудований на принципах оптимізації керування процесом завантаження з обмеженням вибору руху лінійними зсувами і поворотами судна. При виконанні інверсного алгоритму застосовуються обмеження, пов’язані з мінімізацією моментів, що кренять, при рухах в системі “судно-кран-вантаж” та обмеження, пов’язані з максимальним та мінімальним вильотом стріли крану. В дослідженні була визначена технічна можливість досягнення інваріантності в системі стабілізації вантажу при інверсному алгоритмі завантаження на суднах класу Heavy Lift.

На основі запропонованого методу було проведено імітаційне моделювання процесу завантаження судна із застосуванням тренажерів-симуляторів у Херсонській державній морській академії.

Проведене імітаційне моделювання показало, що застосування інверсного алгоритму дозволить скоротити час виконання вантажних операцій на 50–70 відсотків та, як наслідок, знизити рівень ризику виникнення аварійних ситуацій при завантаженні судна. Також було визначено, що застосування інверсного алгоритму доцільно для вантажів вагою понад 100 тонн

Біографії авторів

Oleksandr Solovey, Херсонська державна морська академія пр. Ушакова, 20, м. Херсон, Україна, 73000

Начальник відділу

Відділ організації практики, дипломування та працевлаштування

Andrii Ben, Херсонська державна морська академія пр. Ушакова, 20, м. Херсон, Україна, 73000

Кандидат технічних наук, доцент, проректор з науково-педагогічної роботи

Sergiy Dudchenko, Херсонська державна морська академія пр. Ушакова, 20, м. Херсон, Україна, 73000

Директор, старший викладач

Кафедра управління судном

Херсонський морський спеціалізований тренажерний центр

Pavlo Nosov, Херсонська державна морська академія пр. Ушакова, 20, м. Херсон, Україна, 73000

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра судноводіння та електронних навігаційних систем

Посилання

  1. Jeon, J. W., Wang, Y., Yeo, G. T. (2016). Ship Safety Policy Recommendations for Korea: Application of System Dynamics. The Asian Journal of Shipping and Logistics, 32 (2), 73–79. doi: https://doi.org/10.1016/j.ajsl.2016.06.003
  2. Ölmez, H., Bayraktarkatal, E. (2016). Maximum Load Carrying Capacity Estimation of The Ship and Offshore Structures by Progressive Collapse Approach. Polish Maritime Research, 23 (3), 28–38. doi: https://doi.org/10.1515/pomr-2016-0029
  3. Volkov, Y. (2019). A study of decomposition of a group of ships for preliminary forecasting of dangerous approaching. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3 (3 (99)), 6–12. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.165684
  4. Noble Denton document 0027/ND - Guidelines for Marine Lifting Operations (2010). Available at: https://www.12hoist4u.com/index.php/page/getFileUID/uid/80fe84af54b12b41fe44e36c0a6e2a85/cr_usedb/25
  5. BBC Guideline. Safe solutions for project cargo operations (2009). Leer: BBC Chartering and Logistic GmbH&Co.KG, 76. Available at: https://www.libramar.net/news/bbc_guideline_safe_solutions_for_project_cargo_operations/2017-07-18-1815
  6. Code of Safe Practice for Cargo Securing and Stowing (2003). London. Available at: http://www.xiangstar-china.com/images/downlaod/IMO%202003%20EDITION%20CARGO%20STOWAGE%20AND%20SECURING.pdf
  7. Resolution MSC.75(69). Adoption of amendments to the code on intact stability for all types of ships covered by IMO instruments (resolution A.749(18)) (1998). Available at: https://www.navcen.uscg.gov/pdf/marcomms/imo/msc_resolutions/msc69-22a2-17.pdf
  8. Nosov, P., Zinchenko, S., Popovych, I. S., Safonov, M., Palamarchuk, I., Blakh, V. (2020). Decision support during the vessel control at the time of negative manifestation of human factor. Computer Modeling and Intelligent Systems (CMIS-2020). Zaporizhzhia, 12–26. Available at: http://ceur-ws.org/Vol-2608/paper2.pdf
  9. Popovych, I. S., Blynova, O. Ye., Aleksieieva, M. I., Nosov, P. S., Zavatska, N. Ye., Smyrnova, O. O. (2019). Research of the Relationship between the Social Expectations and Professional Training of Lyceum Students studying in the Field of Shipbuilding. Revista ESPACIOS, 40 (33). Available at: http://www.revistaespacios.com/a19v40n33/a19v40n33p21.pdf
  10. Popovych, I. S., Cherniavskyi, V. V., Dudchenko, S. V., Zinchenko, S. M., Nosov, P. S., Yevdokimova, O. O. et. al. (2020). Experimental Research of Effective “The Ship’s Captain and the Pilot” Interaction Formation by Means of Training Technologies. Revista ESPACIOS, 41 (11).
  11. Wang, L., Wu, Q., Liu, J., Li, S., Negenborn, R. R. (2019). Ship Motion Control Based on AMBPS-PID Algorithm. IEEE Access, 7, 183656–183671. doi: https://doi.org/10.1109/access.2019.2960098
  12. Qian, X. B., Yin, Y., Zhang, X. F., Li, Y. (2016). Influence of irregular disturbance of sea wave on ship motion. Jiaotong Yunshu Gongcheng Xuebao/Journal of Traffic and Transportation Engineering, 16 (3), 116–124.
  13. Qian, X., Yin, Y., Zhang, X., Sun, X. (2016). Application of model prediction control in ship Dynamic Positioning simulator. Xitong Fangzhen Xuebao/Journal of System Simulation, 28 (10), 2620–2625.
  14. Wang, L., Wu, Q., Liu, J., Li, S., Negenborn, R. (2019). State-of-the-Art Research on Motion Control of Maritime Autonomous Surface Ships. Journal of Marine Science and Engineering, 7 (12), 438. doi: https://doi.org/10.3390/jmse7120438
  15. Solovey, O. S., Ben, A. P., Rozhkov, S. O. (2017). Selection of the control law in the positioning task of specialized sea freighters. Visnyk KhNTU, 1 (3 (62)), 221–227. Available at: http://www.irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?C21COM=2&I21DBN=UJRN&P21DBN=UJRN&IMAGE_FILE_DOWNLOAD=1&Image_file_name=PDF/Vkhdtu_2017_3(1)__38.pdf
  16. Tanaka, M. (2016). Advanced PID Control and Its Business Environment. IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems, 136 (5), 599–602. doi: https://doi.org/10.1541/ieejeiss.136.599
  17. Zhang, G., Huang, C., Zhang, X., Tian, B. (2018). Robust adaptive control for dynamic positioning ships in the presence of input constraints. Journal of Marine Science and Technology, 24 (4), 1172–1182. doi: https://doi.org/10.1007/s00773-018-0616-5
  18. Zeng, G.-Q., Chen, J., Chen, M.-R., Dai, Y.-X., Li, L.-M., Lu, K.-D., Zheng, C.-W. (2015). Design of multivariable PID controllers using real-coded population-based extremal optimization. Neurocomputing, 151, 1343–1353. doi: https://doi.org/10.1016/j.neucom.2014.10.060
  19. Park, J., Martin, R. A., Kelly, J. D., Hedengren, J. D. (2020). Benchmark temperature microcontroller for process dynamics and control. Computers & Chemical Engineering, 135, 106736. doi: https://doi.org/10.1016/j.compchemeng.2020.106736
  20. Dixon, A. (2019). Numerical methods for solving the “swing equation”. Modern Aspects of Power System Frequency Stability and Control, 135–189. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-12-816139-5.00007-2
  21. Chen, Y., Ahmadian, M. (2019). Countering the Destabilizing Effects of Shifted Loads through Pneumatic Suspension Design. SAE International Journal of Vehicle Dynamics, Stability, and NVH, 4 (1). doi: https://doi.org/10.4271/10-04-01-0001
  22. Sanz-Serna, J. M. (2016). Symplectic Runge-Kutta Schemes for Adjoint Equations, Automatic Differentiation, Optimal Control, and More. SIAM Review, 58 (1), 3–33. doi: https://doi.org/10.1137/151002769
  23. Zhao, N., Schofield, N., Niu, W. (2016). Energy Storage System for a Port Crane Hybrid Power-Train. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2 (4), 480–492. doi: https://doi.org/10.1109/tte.2016.2562360
  24. Wang, J.-S., Yang, G.-H. (2016). Data-Driven Output-Feedback Fault-Tolerant Compensation Control for Digital PID Control Systems With Unknown Dynamics. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 63 (11), 7029–7039. doi: https://doi.org/10.1109/tie.2016.2585559
  25. Benosman, M. (2018). Model-based vs data-driven adaptive control: An overview. International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, 32 (5), 753–776. doi: https://doi.org/10.1002/acs.2862
  26. ABB Vanessa. Available at: https://www.vesselfinder.com/ru/vessels/ABB-VANESSA-IMO-9437309-MMSI-351734000
  27. B&G Shipping Agencies (2016). Available at: http://www.bgshipping.com/general_cargo.php

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-10-31

Як цитувати

Solovey, O., Ben, A., Dudchenko, S., & Nosov, P. (2020). Розробка моделі керування завантаженням судна класу Heavy Lift на основі інверсного алгоритму. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(2 (107), 48–56. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.214856

Номер

Том 5 № 2 (107) (2020): Інформаційні технології. Системи управління в промисловості

Розділ

Системи управління в промисловості

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Oleksandr Solovey, Andrii Ben, Sergiy Dudchenko, Pavlo Nosov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.