Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników

Znaleziono wyników: 20

Liczba wyników na stronie
first rewind previous Strona / 1 next fast forward last
Wyniki wyszukiwania
Wyszukiwano:
w słowach kluczowych:  ship control
help Sortuj według:

help Ogranicz wyniki do:
first rewind previous Strona / 1 next fast forward last
EN
Maritime Autonomous Surface Ships (MASS) perfectly fit into the future vision of merchant fleet. MASS autonomous navigation system combines automatic trajectory tracking and supervisor safe trajectory generation subsystems. Automatic trajectory tracking method, using line-of-sight (LOS) reference course generation algorithm, is combined with model predictive control (MPC). Algorithm for MASS trajectory tracking, including cooperation with the dynamic system of safe trajectory generation is described. It allows for better ship control with steady state cross-track error limitation to the ship hull breadth and limited overshoot after turns. In real MASS ships path is defined as set of straight line segments, so transition between trajectory sections when passing waypoint is unavoidable. In the proposed control algorithm LOS trajectory reference course is mapped to the rotational speed reference value, which is dynamically constrained in MPC controller due to dynamically changing reference trajectory in real MASS system. Also maneuver path advance dependent on the path tangential angle difference, to ensure trajectory tracking for turns from 0 to 90 degrees, without overshoot is used. All results were obtained with the use of training ship in real–time conditions.
EN
This paper presents a new approach to the existing training of marine control engineering professionals using artificial intelligence. We use optimisation strategies, neural networks and game theory to support optimal, safe ship control by applying the latest scientific achievements to the current process of educating students as future marine officers. Recent advancements in shipbuilding, equipment for robotised ships, the high quality of shipboard game plans, the cost of overhauling, dependability, the fixing of the shipboard equipment and the requesting of the safe shipping and environmental protection, requires constant information on recent equipment and programming for computational intelligence by marine officers. We carry out an analysis to determine which methods of artificial intelligence can allow us to eliminate human subjectivity and uncertainty from real navigational situations involving manoeuvring decisions made by marine officers. Trainees learn by using computer simulation methods to calculate the optimal safe traverse of the ship in the event of a possible collision with other ships, which are mapped using neural networks that take into consideration the subjectivity of the navigator. The game-optimal safe trajectory for the ship also considers the uncertainty in the navigational situation, which is measured in terms of the risk of collision. The use of artificial intelligence methods in the final stage of training on ship automation can improve the practical education of marine officers and allow for safer and more effective ship operation.
EN
The paper presents a mathematical model of a positional game of the safe control of a vessel in collision situations at sea, containing a description of control, state variables and state constraints as well as sets of acceptable ship strategies, as a multi-criteria optimisation task. The three possible tasks of multi-criteria optimisation were formulated in the form of non-cooperative and cooperative multi-stage positional games as well as optimal non-game controls. The multicriteria control algorithms corresponding to these tasks were subjected to computer simulation in Matlab/Simulink software based on the example of the real navigational situation of the passing of one’s own vessel with eighteen objects encountered in the North Sea.
EN
The purpose of the article is to present the goal of optimization of transport and logistics processes, followed by literature review in the field of optimization methods. The optimization methods were categorized and the most commonly used methods were listed. The tasks of static and dynamic optimization were formulated. An example of the single-criterion static and dynamic optimization and multi-criteria game optimization are given.
PL
Sterowanie ruchem równoległym dwóch statków wymaga dużej wiedzy i doświadczenia załóg, jest bowiem manewrem uznawanym za niebezpieczny. W związku z tym zaproponowano algorytm sterowania automatycznego ruchem pary statków wykorzystujący regulator predykcyjny. Algorytm uwzględnia wyznaczanie parametrów ruchu względnego jednostek oraz ich zmianę w czasie rzeczywistym. Bazuje on na idei zmiany parametrów ruchu względnego po zmianie globalnego układu odniesienia na układ odniesienia związany ze środkiem ciężkości statku prowadzącego.
EN
Traffic control parallel two ships requires a lot of knowledge and crews experience. It is recognized as dangerous. So an automatic control algorithm for pair of the vessels participating in the UNREP operation is proposed. It incorporates Model Predictive Controller. The algorithm takes into account the determination of the relative motion parameters and their change in real time. Its idea is based on the relative motion parameters change after transition between global and local coordinate system associated with the center of gravity of the ship to be lightered.
PL
W pracy przebadane zostały dwa regulatory zastosowane do sterowania ruchem statku wzdłuż zadanej trasy przejścia. Obiektem sterowania jest model fizyczny statku o nazwie Blue Lady wykorzystywany do szkolenia kapitanów w Ośrodku Manewrowania Statkami na jeziorze Silm w Iławie/Kamionce. Trasa ruchu statku określana jest zazwyczaj przy użyciu tzw. punktów drogi. Poprzez łączenie odcinkami kolejnych punktów drogi tworzona jest trajektoria zadana ruchu statku. Wokół każdego punktu drogi definiowany jest okrąg akceptacji, który statek musi osiągnąć. Kiedy statek wpływa w obszar objęty okręgiem akceptacji to wówczas trajektoria zadana przełączana jest na odcinek łączący dwa kolejne punkty drogi. Z każdym odcinkiem drogi jest powiązania prędkość poruszania się statku. Zadanie sterowania polega na jak najdokładniejszym prowadzeniu statku wzdłuż zadanej trajektorii. W tym celu przebadane zostały dwa regulatory. Pierwszy z nich jest regulatorem stanu (LQG), wykorzystującym dyskretny filtr Kalmana do wyznaczania niemierzonych zmiennych stanu statku, drugi natomiast opiera się na klasycznym regulatorze typu PID.
EN
The study tested two controllers, which were used to control the movement of a ship along a specified route. The control plant is a physical model of a ship called the Blue Lady used for training captains in the Ship Handling Research and Training Center on the lake Silm in Iława/Kamionka, in Poland. The route of the vessel is usually determined using so-called waypoints. The reference trajectory of ship movement is created by combining sections of the successive waypoints. A circle of acceptance, that the ship must achieve is defined around each waypoint. When the ship enters the area of a circle of acceptance then the reference trajectory is switched on the segment connecting two consecutive waypoints. A specified speed of the ship is linked with each section of the road. The task of controlling consists on the most accurate sailing along the ship's trajectory. The first one is a state controller (LQG), which uses discrete-time Kalman filter to determine the unmeasured variables of the ship’s state and the other is based on a classical PID controller.
PL
W pracy przedstawione zostały badania i analiza zastosowania wybranych algorytmów rojowych do optymalizacji parametrów regulatora PID w układzie sterowania statkiem na kursie. Optymalizacja ta polegała na minimalizacji czasowego wskaźnika jakości wyznaczanego na podstawie odpowiedzi skokowej. Do optymalizacji parametrów regulatora kursu statku wykorzystane zostały algorytmy rojowe, takie jak: algorytm mrówkowy, zmodyfikowany algorytm mrówkowy, algorytm sztucznej kolonii pszczół oraz algorytm optymalizacji rojem cząstek. Przeprowadzone zostały badania szybkości znajdowania optymalnego rozwiązania i wykonana została analiza porównawcza uzyskanych wyników. Zaprezentowane wyniki badań pozwalają stwierdzić, że algorytm optymalizacji rojem cząstek charakteryzuje się najlepszą jakością optymalizacji parametrów regulatora kursu statku.
EN
The paper presents the research and analysis of the use of certain swarm intelligence algorithms to optimize the parameters of PID control in a ship on the course. This optimization was to minimize the performance quality index based on step response of the mathematical model of control system. To optimize the parameters of the ship course controller have been used swarm intelligence algorithms, such as: ant colony algorithm (ACO), the modified ant colony algorithm (MACO), the artificial bee colony algorithm (ABC) and the particle swarm optimization algorithm (PSO). Rate tests were conducted to find the optimal solution and a comparative analysis of the results was made. The presented results of research allow us to conclude that the particle swarm optimization (PSO) algorithm has the best quality of optimizing the control parameters of the course controller.
PL
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 ψ 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.
EN
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 ψ 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.
EN
Marine navigation consists in continuous observation of the situation at sea, determination the anti-collision manoeuvre. So it necessary to determine ship safe trajectory as a sequence of ship course changing manoeuvres. Each manoeuvre is undertaken on the basis of information obtained from the anti-collision system ARPA. This paper describes a method of safe ship control in the collision situation in a fuzzy environment based on a branch and bound method and a genetic algorithm. The optimal safe ship trajectory in a collision situation is presented as multistage decision-making process.
EN
This paper presents the designs of two observers, which are: the extended Kalman filter and the nonlinear passive observer. Based on the measured values of ship position and heading, the observers estimate the surge, sway and yaw velocities of the ship motion. The observers make use of the simplified nonlinear mathematical model of ship motion in which the neglected ship dynamics and disturbances are modelled using bias. The designed observers firstly have been simulated on a computer model where their parameters were calibrated, and then were implemented on the physical model of the training ship “Blue Lady” in the ship handling centre in Ilawa-Kamionka. The comparative analysis was done with respect to the estimated variables describing the ship motion in three directions: surge, sway and yaw.
EN
The dynamical positioning system is a complex control consisting of a number of components, including: filters, observers, controllers, and propeller allocation systems. The design and preliminary analysis of operational quality of system operation are usually done based on numerical simulations performed with the aid of the mathematical model of the ship. The article presents a concept of the dynamic positioning system applied to steering the training ship Blue Lady used for training captains in the ship handling research and training centre owned by the Foundation for Safety of Navigation and Environment Protection in Ilawa/Kamionka. The simulation tests performed in the numerical environment of Matlab/Simulink have proved the usability of the designed system for steering a ship at low speed.
12
Content available remote Nonlinear controller design of a ship autopilot
EN
The main goal here is to design a proper and efficient controller for a ship autopilot based on the sliding mode control method. A hydrodynamic numerical model of CyberShip II including wave effects is applied to simulate the ship autopilot system by using time domain analysis. To compare the results similar research was conducted with the PD controller, which was adapted to the autopilot system. The differences in simulation results between two controllers are analyzed by a cost function composed of a heading angle error and rudder deflection either in calm water or in waves. Simulation results show the effectiveness of the method in the presence of nonlinearities and disturbances, and high performance of the proposed controller.
13
Content available remote Ship Control in Manoeuvring Situations with Fuzzy Logic Controllers
EN
In this paper, the ship control regulator in manoeuvring situation is presented. It consists of three fuzzy logic controllers. Each controller controls one of motions: turning, transverse and longitude motion of a ship. The regulator is built in the simulink of Matlab with the graphical interface. All experiments are performed in the Matlab environment with the ship simulation.
EN
This paper presents a cascade system which stabilizes the transverse deviation of the ship in relation to the set path. The ship’s path is determined as a broken line with specified coordinates of way points. Three controllers are used in the system. The primary controller is the trajectory controller. It generates the set value of heading for the course control system or angular velocity for the turning control system. The course control system is used on the straight line of the set trajectory while the turning controller is used during a change of the set trajectory segment. The characteristics of the nonlinear controllers are selected in such a way that the properties of the control system with the rate of turn controller are modelled by the first-order inertia, while the system with the course keeping controller is modelled by a second-order linear term. The presented control system was tested in Matlab-Simulink environment. The results of tests performed on a lake are presented and discussed.
15
Content available remote A backstepping approach to ship course control
EN
As an object of course control, the ship is characterised by a nonlinear function describing static manoeuvring characteristics that reflect the steady-state relation between the rudder deflection and the rate of turn of the hull. One of the methods which can be used for designing a nonlinear ship course controller is the backstepping method. It is used here for designing two configurations of nonlinear controllers, which are then applied to ship course control. The parameters of the obtained nonlinear control structures are tuned to optimise the operation of the control system. The optimisation is performed using genetic algorithms. The quality of operation of the designed control algorithms is checked in simulation tests performed on the mathematical model of a tanker. In order to obtain reference results to be used for comparison with those recorded for nonlinear controllers designed using the backstepping method, a control system with the PD controller is examined as well.
PL
W artykule przedstawiono własności układu nadążnego realizującego wychylenia steru statku zbudowanego z wykorzystaniem pompy hydraulicznej stałego wydatku. Ponadto zaprezentowano różne rozwiązania układu sterowania z wykorzystaniem dynamicznego sprzężenia zwrotnego wokół regulatora trójpołożeniowego sterującego rozdzielaczem elektrohydraulicznym maszyny sterowej zwiększającego dokładność tego układu w stanach statycznych. Przedstawiono wyniki symulacji działania prezentowanych rozwiązań.
EN
The paper shows properties of the follow-up system for rudder deflection using a hydraulic pump of constant delivery. Several solutions of a system using a three-point controller with dynamic feedback to enhance the steady-state accuracy are discussed. The results of simulative research are presented.
PL
W artykule przedstawiono system stabilizacji kursu statku, działający w oparciu o sporządzony w pracy, komputerowy model jego dynamiki. Ujęcie takie narzuca nowy, oryginalny sposób konstrukcji algorytmu sterowania z wykorzystaniem teorii zbiorów rozmytych. Ze względu na wstępny charakter badań w komputerowym modelu statku nie uwzględniono dynamiki maszyny sterowej. Działanie algorytmu zostało sprawdzone symulacyjnie oraz dokonano porównania z regulatorm LQR.
EN
This article describes a ship course stabilization system. It is based on the computer-borne dynamical model. Such an approach, which uses also the fuzzy sets theory, forms a new and original way of constructing a control algorithm. The computer ship model is simplified, i.e. it does not take into account the dynamics of the steering gear. The algorithm quality has been verified via simulations and compared to the LQR regulator.
PL
W pracy rozpatrywano zagadnienia bezpiecznego sterowania statkiem morskim jako środkiem transportu. Zwiększająca się ilość dostępnych informacji oraz wzrost złożoności stosowanych systemów technicznych sprawiają, że zarządzanie informacją oraz podejmowanie na tej podstawie decyzji, zwłaszcza w przypadku sytuacji złożonych, np. awaryjnych, może przerastać możliwości decydentów. Jednym ze sposobów rozwiązania tego problemu jest tworzenie systemów wspomagania decyzji, opartych na nowoczesnych technikach i technologiach informatycznych. Rozwiązania wyznaczone przez te systemy powinny uwzględniać obowiązujące przepisy, zapewniać bezpieczne wykonanie manewru oraz być racjonalne. Oznacza to m.in. użycie kryteriów stosowanych i akcentowanych przez człowieka. Ma to istotne znaczenie z punktu widzenia wiarygodności systemu, a w konsekwencji stosowania go w praktyce. Podstawą do realizacji tego typu systemów jest analiza procesów decyzyjnych w sterowaniu statkiem morskim oraz opracowanie adekwatnych modeli, uwzględniających zarówno aspekt bezpieczeństwa żeglugi, jak i aspekt ekonomiczny. Zbiór zagadnień, omawianych w monografii, obejmuje: charakterystykę obszarów podejmowania decyzji na statku morskim; analizę statku jako obiektu sterowania z uwzględnieniem jego dynamiki i kinematyki; analizę uwarunkowań procesów związanych ze sterowaniem statkiem morskim; klasyfikację zagadnień podejmowania decyzji w warunkach niepewności; metody pozyskiwania i reprezentacji wiedzy ekspertów nawigatorów oraz jej wykorzystania w procesie sterowania statkiem; metody i kryteria oceny sytuacji nawigacyjnej; kryteria wyboru drogi oparte na regułach stosowanych w praktyce przez nawigatorów; problem wyboru drogi w zadaniu sterowania statkiem w ujęciu deskryptywnym i preskryptywnym; zadanie wyboru drogi jako zadanie optymalizacji jedno- i wieloetapowej w warunkach deterministycznych oraz w otoczeniu rozmytym; analizę procedur decyzyjnych. Na tej podstawie dokonano syntezy modeli procesów decyzyjnych sterowania statkiem morskim. Przeprowadzono badania symulacyjne sterowania statkiem z wykorzystaniem opracowanych procedur decyzyjnych oraz przedstawiono możliwości zastosowania zbudowanych modeli w nawigacyjnych systemach wspomagania decyzji. Opracowano koncepcję oraz zbudowano prototyp systemu komunikacji i kooperacji statków, oparty na technologii przetwarzania rozproszonego. Oryginalne modele i algorytmy obliczeniowe, wykorzystujące wiedzę nawigatorów, umożliwiają budowę systemu wspomagania decyzji nawigatora. Uwzględniają one zarówno bezpieczeństwo nawigacyjne, jak i aspekt ekonomiczny realizacji zadania transportowego. Zdaniem autora mogą znaleźć zastosowanie do budowy w pełni zautomatyzowanych systemów sterowania statkiem.
EN
This work deals with the subject of the control of a sea-going ship as a means of transport. The increasing amount of available information and a growing complexity of technical systems make the information management and making decisions too difficult for decision makers, especially in the case of complex situations, such as emergency ones. One of the methods to solve this problem is the development of decision support systems based on uptodate information technologies. Solutions defined by those systems should account for the regulations in force, provide for safe manoeuvres and be rational. Among others, this means the criteria used are to be those applied and accepted by human beings. This is very important if the system is to be reliable, consequently to be practically used. The implementation of such systems is based on the analysis of the decision processes in sea-going ship control as well as on the development of adequate models, which take into account both navigational safety and economic aspects. The problems this monograph deals with cover the following: characteristics of decision making areas on board a sea-going vessel; analysis of a ship as a control object, including object's dynamics and kinematics; analysis of conditions for processes involved in sea-going ship control; classification of problems of decision making in the conditions of uncertainty; methods of expert navigators' knowledge acquisition and representation and methods of its use in ship control process; methods and criteria for a navigational situation assessment; criteria for routing based on principles practically used by navigators; problem of routing in the task of ship control: descriptive and prescriptive approach; task of routing as a one-stage and multistage optimization task in the deterministic conditions and a fuzzy environment; analysis of decision procedures. On this basis a synthesis was made to combine models of sea-going ship control decision process models. Ship control simulation research was carried out using the decision procedures. Possible applications of the models in navigational decision support systems are presented. A concept of ship communication and cooperation was developed and its prototype was built. The prototype utilizes the technology of distributed processing. Original models and computing algorithms, using navigators' knowledge, enable the construction of a navigator's decision support system. They take into account navigational safety as well as economic aspect of the transport task execution. In the author's opinion the models and algorithms can be applied in designing fully automated ship control systems.
EN
The paper describes the process of the safe ship control in a collision situation using a differential game model with j participants. As an approximated model of the manoeuvring process, a model of a multi-step matrix game is adopted here. RISKTRAJ computer program is designed in the Matlab language in order to determine the ship's trajectory as a certain sequence of manoeuvres executed by altering the course and speed, in the online navigator decision support system. These considerations are illustrated with examples of a computer simulation of the safe ship's trajectories in real situation at sea when passing twelve of the encountered objects.
EN
The paper presents and discusses the ship's navigation system and process of integration of shipborne navigational systems and other kinds of ship's systems and equipment into an integrated ship's operation control system. The intermediate phases of this process, i.e. the integrated ship's navigation system, and integrated navigation and ship's control system are also presented.
PL
W artykule przedstawiono rozważania dotyczące okrętowego systemu nawigacyjnego i procesu integracji okrętowych systemów nawigacyjnych oraz innych rodzajów systemów okrętowych i wyposażenia w zintegrowany system użytkowania i sterowania okrętem. Przedstawiono także pośrednie fazy procesu, to jest zintegrowany system nawigacyjny okrętu oraz system sterowania okrętem.
first rewind previous Strona / 1 next fast forward last
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.