Adaptacyjny regulator kursu statku z zastosowaniem metody backstepping

• Autorzy: Witkowska A. , Śmierzchalski R.

Warianty tytułu

EN

Adaptive ship course controller with use of the backstepping method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W układach morskich aplikacja nieliniowych technik adaptacyjnych do sterowania ruchem statku jest obecnie niezbędna aby uwzględnić występujące niepewności strukturalne i parametryczne. Jest to szczególnie istotne, ponieważ dynamika statku zależy od dużej masy i wpływu zakłóceń środowiskowych zarówno addytywnych jak i multiplikatywnych, wywołanych przez fale, wiatry i prądy oceaniczne. Artykuł obejmuje zagadnienie projektowania adaptacyjnego układu regulacji kursem statku morskiego. Zaproponowany algorytm sterowania opiera się na adaptacyjnej metodzie backstepping z prawem adaptacji parametrów modelu statku wyprowadzonym w oparciu o teorię II funkcji Lapunowa. W artykule została przeprowadzona analiza poprawności oraz jakości zaprojektowanego regulatora adaptacyjnego. Zbadano zdolność śledzenia zmian wartości zadanej kursu oraz zbieżność do rzeczywistych wartości parametrów. Istotnym problemem w metodzie backstepping jest uwzględnienie na etapie projektowania, urządzenia wykonawczo-sterującego jakim jest maszyna sterowa, ze względu na nieliniową dynamikę opisaną za pomocą nieliniowości z nasyceniem. Algorytmy sterowania dostępne zarówno w literaturze jak i zastosowaniach morskich zazwyczaj zaniedbują dynamikę maszyny sterowej. Przy opracowaniu algorytmu sterowania przyjęty został uproszczony model matematyczny dynamiki statku, natomiast badania symulacyjne wykonano z pełnowymiarowym modelem statku typu B-481.

EN

The paper deals with issues concerning the advanced ship course control system. The control algorithm suggested in the work is based on the backstepping method and a genetic algorithm. The ship course adaptive controller configuration was designed with use of the backstepping procedure [see section 2]. The controller version (17) includes the adaptation block of ship model parameters (23)-(25). The adaptation of ship model parameters to the updating law derived on a basis of II Function Lyapunov theory enables us to obtain good adaptation properties of the system in the presence of the so-called parametric uncertainties, e.g. connected with the influence of environmental disturbances, such as wind or a sea wave. The adjustable parameters of the obtained nonlinear steering structures (Fig. 1.) were tuned up in order to optimize the system operation. A genetic algorithm was used for optimization. The quality of operation of the obtained steering structures was analyzed by conducting simulation experiments on a simplified (1)-(4) and complex simulation model of a ship of type B-481, [see Sections 3,4]. The results of computer simulation experiments showed the high quality of control and system stability of such steering (Figs. 2, 3, 4). The considered system realizes basic tasks, such as: stabilization of the system, the tuning of controller amplification, adaptation of the system to changing environmental conditions.

Słowa kluczowe

PL

autopilot; sterowanie adaptacyjne; backstepping; projektowanie prawa sterowania

EN

autopilot; adaptive control; nonlinear control; backstepping method; genetic algorithm

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2012
• Tom: R. 58, nr 8
• Strony: 750--753
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., schem., wzory

Twórcy

autor

Witkowska A.

autor

Śmierzchalski R.

• Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk,

Bibliografia

• [1] Amerongen J.: Adaptive steering of ships - A model reference approach to improved maneuvering and economical course keeping. Ph. D Thesis, Huisdrukkerij, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, 1982.
• [2] Fossen T. I.: Nonlinear backstepping design: Applications to Mechanical Systems and Ships Control. Automatica 35, 1999.
• [3] Krstić M., Kanellakopulos I., Kokotovic P. V.: Nonlinear and Adaptive Control Design. John Willey&Sons Ltd., New York, 1995.
• [4] Kokotović P., Arcak M.: Constructive nonlinear control: a historical perspective. Automatica 37: 637-662, 2001.
• [5] Witkowska A., Śmierzchalski R.: Nonlinear Backstepping Ship Course Controller. International Journal of Automation and Computing 2009; Vol. 6, No. 3 pp. 277-284.
• [6] Witkowska A., Tomera M., Śmierzchalski R.: A backstepping approach to ship course control. Int. J. Appl. Math. Comput. Sci., 2007, vol. 17, no. 1, 73-85.
• [7] Galbas J.: Synteza układu sterowania precyzyjnego statkiem za pomocą sterów strumieniowych. Rozprawa doktorska, Gdańsk 1988.