The paper presents algorithms for parameter identification of linear vessel models being in force for the current operating point of a ship. Advantages and disadvantages of gradient and genetic algorithms in identifying the model parameters are discussed. The study is supported by presentation of identification results for a nonlinear model of a drilling vessel.
The paper presents the training problem of a set of neural nets to obtain a (gain-scheduling, adaptive) multivariable neural controller for control of a nonlinear MIMO dynamic process represented by a mathematical model of Low-Frequency (LF) motions of a drillship over the drilling point at the sea bottom. The designed neural controller contains a set of neural nets that determine values of its parameters chosen on the basis of two measured auxiliary signals. These are the ship’s current forward speed measured with respect to water and the systematically calculated difference between the course angle and the sea current (yaw angle). Four different methods for synthesis of multivariable modal controllers are used to obtain source data for training the neural controller with parameters reproduced by neural networks. Neural networks are designed on the basis of 3650 modal controllers obtained with the use of the pole placement technique after having linearized the model of LF motions made by the vessel at its nominal operating points in steady states that are dependent on the specified yaw angle and the sea current velocity. The final part of the paper includes simulation results of system operation with a neural controller along with conclusions and final remarks.
In the paper an adaptive linear control system structure with modal controllers for a MIMO nonlinear dynamic process is presented and various methods for synthesis of those controllers are analyzed. The problems under study are exemplified by the synthesis of a position and yaw angle control system for a drillship described by a 3DOF nonlinear mathematical model of low-frequency motions made by the drillship over the drilling point. In the proposed control system, use is made of a set of (stable) linear modal controllers that create a linear adaptive controller with variable parameters tuned appropriately to operation conditions chosen on the basis of two measured auxiliary signals. These are the ship’s current forward speed measured in reference to the water and the systematically calculated difference between the course angle and the sea current (yaw angle). The system synthesis is carried out by means of four different methods for system pole placement after having linearized the model of low-frequency motions made by the vessel at its nominal “operating points” in steady states that are dependent on the specified yaw angle and the sea current velocity. The final part of the paper includes simulation results of system operation with an adaptive controller of (stepwise) varying parameters along with conclusions and final remarks.
W artykule przedstawia się wieloregulatorową, przełączalną strukturę układu sterowania nieliniowymi obiektami dynamicznymi MIMO na przykładzie sterowania położeniem statku wiertniczego z wykorzystaniem nieliniowego modelu wolnozmiennych ruchów statku nad punktem wiercenia w trzech stopniach swobody ruchu (3DOF). W proponowanej strukturze układu wykorzystuje się zestaw liniowych regulatorów modalnych współpracujących z dodatkowym układem sterowania w pętli otwartej, odsprzęgniętym statycznie lub dynamicznie. Syntezy układu dokonuje się poprzez linearyzację przyjętego opisu obiektu sterowania w nominalnych "punktach pracy", zależnych od zadawanego kąta kursowego statku i wartości prądu morskiego. Prezentowane wyniki badań dotyczą trzech odmian przełączalnej struktury układu: (i) klasycznej, z regulatorami modalnymi przełączanymi w momencie zmiany wartości sygnałów odniesienia gdy powodują one zmianę "punktu pracy" układu oraz nieklasycznej, w której regulatory modalne są przełączane dopiero po zadziałaniu pomocniczego układu sterowania, odsprzęgniętego (ii) statycznie lub (iii) dynamicznie. Działanie zaproponowanych odmian układów sterowania zilustrowano przykładami symulacji z nieliniowym modelem ruchów statku wiertniczego WIMPEY SEALAB w środowisku MATLAB/Simulink.
EN
In the paper a multicontroller-based switchable control system structure is proposed to control nonlinear MIMO plants. The considered structure contains a set of linear feedback controllers operating together with an additional, decoupled loop of the control system. The nonlinear model of low-frequency (LF) motions of a drilling vessel in three degrees of freedom (3DOF) on the sea surface is used as a MIMO plant to be controlled. The system synthesis is carried out by linearisation of the adopted nonlinear plant model at its nominal "working points" that depend on the preset ship yaw angle and the see current velocity. The investigation results presented concern three types of switched structures: (i) the classic one with a set of (stable) modal controllers switched at the moment of changing the reference signals with subsequent changes of the system "working point", and the non-classic structure in which modal controllers are switched after running an auxiliary decoupled control loop either statically (ii) or dynamically (iii). Performance of the proposed control systems is illustrated by examples of simulation results carried out in MATLAB/Simulink using the nonlinear model of motions of the WIMPEY SEALAB drilling vessel.
In the paper methods for decoupling of dynamic multivariable systems are presented. There is discussed both static and dynamic decoupling of systems for open-loop control. The designed elements of the system provides elimination of interactions between specific plants inputs and outputs in a steady and transition state respectively. Results of considerations are illustrated by a numerical example.
PL
W artykule omawia się sposoby odsprzęgania dynamicznych wielowymiarowych układów liniowych do celów sterowania nimi w otwartej pętli. Rozważa się zarówno odsprzęganie statyczne eliminujące interakcje między poszczególnymi wyjściami obiektu w stanach ustalonych jak i odsprzęganie dynamiczne pozwalające na eliminację tych oddziaływań również w stanach przejściowych. Rozważania zilustrowano przykładem obliczeniowym.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The purpose of the paper is to present solution to design additional diagnostic system for, based on cutting-edge technology, purifying fumes installation. Neural networks, which determine the core of the system, were used as predictive models. Designed very efficient neural structures have served to build simulative diagnostic advisory system.
W pracy omawia się problemy wystepujące przy projektowaniu i realizacji w dziedzinie czasowej adaptacyjnych układów sterowania w wielowymiarowych układach dynamicznych ze sprzężeniem zwrotnym, wykorzystujących technikę lokowania biegunów (z ang. Pole Placement). Na tle ogólnych wymagań stawianych wielowymiarowym układom ze sprzężeniem zwrotnym rozpatruje się przypadki sterowania modalnego z wykorzystaniem obserwatorów Luenbergera pełnego rzędu i obserwatorów funkcjonalnych zredukowanego rzędu. Podaje się sposoby projektowania regulatorów modalnych w dziedzinach operatorowych "s" lub "z" oraz ich realizacji w dziedzinach czasowych, przydatnych do celów sterowania adaptacyjnego. Całość rozważań ilustruje przykład obliczeniowy przeprowadzony dla obiektu 4 rzędu o 3 wejściach i 2 wyjściach.
EN
The paper deals with problems encountered when designing and implementing (in time domain) adaptive control systems in feedback multivariable dynamic systems employing the pole placement approach. Some cases of modal control using full-order functional reduced-order Luenberger observers are considered against the backgroung of general requirements that are imposed on multivariable feedback-based systems. Techniques for designing modal controllers in the s-domain or z-domain and their implementation in time-domain beging suitable for adaptive conterol are given. The considerations are illustrated by an example of the design procedure carried out for a control plant of the 4th order with 3 inputs and 2 outputs.