Використання надлишкового керування для оптимізації керуючого моменту
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2023.282042Ключові слова:
безпека судноводіння, людський чинник, інтелектуальні транспортні засоби, автоматизована система, оптимальні керування, автоматичний модуль керуванняАнотація
Об’єктом дослідження є процеси автоматичного керування надлишковою структурою виконавчих пристроїв судна для здійснення екстремального обертання у каналі рискання. Традиційно, надлишкові структури використовуються для підвищення надійності автоматизованих систем керування та маневрових можливостей суден. Разом з тим, надлишковість керування можна використовувати ще й для оптимізації процесів керування, зменшення, за рахунок цього, витрат палива, збільшення керуючих сил та моментів, зменшення часу на виконання операцій. Це дозволяє отримати переваги у русі над суднами, не оснащеними оптимізаційними модулями. У роботі розглянуті оптимальні керування надлишковою структурою офшорного судна, що забезпечують обертальний рух судна навколо центру обертання з максимальною кутовою швидкістю. А також одночасне підтримання заданого положення або руху у поздовжньому та боковому каналі, із врахуванням обмежень на керування. Дана задача зводиться до задачі нелінійної оптимізації з нелінійними та лінійними обмеженнями на керування. Розроблено метод, алгоритмічне та програмне забезпечення модуля екстремального обертання судна з надлишковою структурою виконавчих пристроїв. Працездатність та ефективність розробленого методу, алгоритмічного та програмного забезпечення перевірені математичним моделюванням у замкнутому контурі «Об’єкт керування – Система керування». Результати проведеного експерименту показали, що використання оптимального керування дозволяє, у порівнянні із традиційними методами розщеплення керувань, збільшити керуючий момент та кутову швидкість обертання у 1,5–2 рази. Отримані можливості пояснюються використанням математичної моделі надлишкової структури керування та оптимізаційної процедури обчислення оптимальних керувань у бортовому обчислювачі автоматизованої системи. Розроблений метод може використовуватися на суднах, за умови інтегрування в існуючу автоматизовану систему бортового обчислювача з відкритою архітектурою, для нарощування можливостей автоматичного керування рухом.
Посилання
- Podder, T. K., Sarkar, N. (2001). Fault-tolerant control of an autonomous underwater vehicle under thruster redundancy. Robotics and Autonomous Systems, 34 (1), 39–52. doi: https://doi.org/10.1016/s0921-8890(00)00100-7
- Zemlyakov, A. S. (2001). Control the angular position of a spacecraft with an excess gyrodin structure. Bulletin of Kazan State Technical University, 4, 56–62.
- Lebedev, D. V. (2008). Momentum unloading excessive reaction-wheel system of a spacecraft. Journal of Computer and Systems Sciences International, 47 (4), 613–620. doi: https://doi.org/10.1134/s1064230708040138
- Xue, L., Yang, B., Wang, X., Cai, G., Shan, B., Chang, H. (2023). MIMU Optimal Redundant Structure and Signal Fusion Algorithm Based on a Non-Orthogonal MEMS Inertial Sensor Array. Micromachines, 14 (4), 759. doi: https://doi.org/10.3390/mi14040759
- Chiurazzi, M., Alcaide, J. O., Diodato, A., Menciassi, A., Ciuti, G. (2023). Spherical Wrist Manipulator Local Planner for Redundant Tasks in Collaborative Environments. Sensors, 23 (2), 677. doi: https://doi.org/10.3390/s23020677
- Liu, Y., Wang, L., Yu, Y., Zhang, J., Shu, B. (2022). Optimization of redundant degree of freedom in robot milling considering chatter stability. doi: https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1360661/v1
- Gao, W., Tang, Q., Yao, J., Yang, Y. (2020). Automatic motion planning for complex welding problems by considering angular redundancy. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 62, 101862. doi: https://doi.org/10.1016/j.rcim.2019.101862
- Navi – Trainer 5000. Transas offshore simulator (2012). Transas MIP Ltd.
- Zinchenko, S., Kobets, V., Tovstokoryi, O., Nosov, P., Popovych, I. (2023). Intelligent System Control of the Vessel Executive Devices Redundant Structure. CEUR Workshop Proceedings, 3403, 582–594.
- Serhii, Z., Oleh, T., Pavlo, N., Ihor, P., Kostiantyn, K. (2022). Pivot Point position determination and its use for manoeuvring a vessel. Ships and Offshore Structures, 18 (3), 358–364. doi: https://doi.org/10.1080/17445302.2022.2052480
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Ihor Gritsuk, Pavlo Nosov, Andrii Bondarchuk, Oleksandr Bondarchuk
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.
