Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Waypoint path controller for ships

Tomera M., Alfuth Ł.

TransNav : International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation

|

2020

|

Vol. 14, no. 2

375--383

EN

The paper presents and discusses tests of a waypoint controller used to sail a ship along the desired route. The planned desired route for the moving ship is given as a set of waypoints connected with straight lines. The ship's control is based on the rudder blade deflection angle as a commanded parameter. The task of the controller is to determine the rudder angle which will allow the ship to sail along the desired route segment. The controller algorithm consists of two parts, the first of which is used for controlling the ship motion along linear segments of the desired route, while the second part is used when changing to the next route segment. A switching mechanism is designed to choose the relevant part of the control algorithm. The quality of operation of the ship motion control algorithm was tested on the training ship Blue Lady, at the Ship Handling Research and Training Centre located on the lake Silm at Kamionka near Iława, Poland.

2

Zastosowanie liniowych nierówności macierzowych do syntezy sterowania poziomem wody w układzie kaskadowym dwóch zbiorników

Rybczak M., Tomera M.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2017

|

Nr 57

109--116

PL

Referat zawiera metodykę doboru parametrów regulatora stanu z wykorzystaniem liniowych nierówności macierzowych (ang. LMI - Linear Matrix Inequalities) metodą lokowania biegunów. W pracy zdefiniowano warunki rozmieszczenia biegunów w lewej półpłaszczyźnie zmiennej zespolonej s i wyznaczono obszary dopuszczalnych położeń biegunów. Na potrzeby rozważanej, liniowej metody projektowania dokonano linearyzacji modelu matematycznego obiektu w wybranym punkcie pracy. Zaprojektowany regulator stanu zastosowany został do sterowania obiektem rzeczywistym, którym był układ kaskadowy dwóch zbiorników. W referacie przedstawione zostały zarówno wyniki badań symulacyjnych jak i badań eksperymentalnych przeprowadzonych na obiekcie rzeczywistym.

EN

The paper describes a state feedback controller design by pole placement method using Linear Matrix Inequalities (LMI) approach. Conditions of pole placement constraints in a left half plane of the complex plane s are defined and allowable region for poles of the closed-loop control system are determined. For the purpose of using the linear design method, the mathematical model of controlled plant was linearized at a selected operating point. The designed state feedback controller was used for controlling the water level in a two-tank cascade system. The paper presents results of both computer simulations and real-time experiments.

3

Sterowanie hybrydowe ruchem statku

Tomera M.

Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni

|

2017

|

nr 98

232--244

PL

W pracy przedstawiono hybrydowy układ sterowania ruchem statku w różnych trybach operacyjnych. Opracowany układ integruje takie tryby operacyjne jak: precyzyjne manewrowanie statkiem przy małych prędkościach, sterowanie statkiem przy różnych prędkościach na kursie lub wzdłuż zadanej trajektorii oraz zatrzymywanie statku na trasie. Zrealizowanie tych rodzajów pracy wymagało zastosowania pięciu regulatorów, które zebrano w zbiorze alternatywnych regulatorów ciągłych. W zależności od rodzaju operacji wykonywanej przez statek dokonuje się wyboru odpowiednich regulatorów. Do sterowania statkiem wzdłuż zadanej trasy przejścia w różnych trybach pracy zastosowano metodę nadzorującego sterowania przełączającego. Trajektoria zadana ruchu statku składa się z odcinków prostych łączących kolejne punkty trasy przejścia oraz z prędkości zadanych i trybów pracy układu hybrydowego na tych odcinkach. Opracowany układ sterowania testowany był na statku treningowym „Blue Lady”, wykorzystywanym do szkolenia kapitanów w Ośrodku Manewrowania Statkami, znajdującym się na jeziorze Silm w Iławie/Kamionce. Przeprowadzone badania pokazały dobrą jakość zaprojektowanego regulatora hybrydowego.

EN

The paper presents a hybrid control system for the movement of a ship in various operating modes. The developed system integrates a number of operational modes, such as: precise maneuvering the ship at low speeds, steering the ship at different speeds on the course or along the trajectory, and stopping the ship on the route. The implementation of these modes requires the use of five controls, which have been collected in the set of alternative continuous controllers. The choice of the appropriate control is made depending on the type of the operation performed by the ship. The ship motion along a specified route of crossing in different operating modes is controlled using a method of supervisory switching control. The set ship trajectory consists of straight sections connecting consecutive points of the passage route, complemented by speed setpoints and operating modes of the controller on these sections. The developed control system was tested on the training ship Blue Lady, used to train captains in the Ship Handling Research and Training Center located on the lake Silm in Ilawa-Kamionka, Poland. The conducted tests have proved good quality of the designed hybrid control system.

4

Hybrid switching controller design for the maneuvering and transit of a training ship

Tomera M.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2017

|

Vol. 27, no. 1

63--77

EN

The paper presents the design of a hybrid controller used to control the movement of a ship in different operating modes, thereby improving the performance of basic maneuvers. This task requires integrating several operating modes, such as maneuvering the ship at low speeds, steering the ship at different speeds in the course or along the trajectory, and stopping the ship on the route. These modes are executed by five component controllers switched on and off by the supervisor depending on the type of operation performed. The desired route, containing the coordinates of waypoints and tasks performed along consecutive segments of the reference trajectory, is obtained by the supervisory system from the system operator. The former supports switching between component controllers and provides them with new set-points after each change in the reference trajectory segment, thereby ensuring stable operation of the entire hybrid switching controller. The study also presents designs of all controller components, which are done using a complex mathematical model of the selected ship, after its simplification depending on the type of controller. The developed control system was tested on the training ship Blue Lady and used to train captains at the Ship Handling Research and Training Center near Iława in Poland. The conducted research involved an automatic movement of the ship from one port to another. The performed transit route required the ship to leave the port, pass the water area, and berth at the port of destination. The study revealed good quality of the designed hybrid controller.

5

Sterowanie modelem fizycznym zbiornikowca wzdłuż zadanej trasy przejścia

Tomera M.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2016

|

Nr 51

201--208

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.

6

Zastosowanie algorytmów rojowych do optymalizacji parametrów w modelach układów regulacji

Tomera M.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2015

|

Nr 46

97--102

PL

W pracy przedstawione zostały algorytmy rojowe, takie jak: algorytm mrówkowy, zmodyfikowany algorytm mrówkowy, algorytm sztucznej kolonii pszczół oraz algorytm optymalizacji rojem cząstek. Dla tych algorytmów przygotowane zostało oprogramowanie w Matlabie, pozwalające na optymalizację parametrów poszukiwanych modeli matematycznych, wyznaczanych na podstawie przeprowadzonych testów identyfikacyjnych lub na optymalizację parametrów regulatorów zastosowanych w modelach matematycznych układów sterowania.

EN

The paper presents the 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). Ant colony optimization (ACO) based upon the observation of the behavior of ant colonies looking for food in the surrounding anthill. Feeding ants it is based on finding the shortest path transitions between a food source and the anthill. In the process of foraging ants on their paths crossing from the nest to a food source and back, they leave a pheromone trail. The work presents also the modified ant colony algorithm (MACO). This algorithm is based on searching the solution space surrounded by the best solution obtained in the previous iteration. If you find a local minimum, the proposed algorithm uses pheromone to find a new solution space, while retaining the position information current local minimum. The artificial bee colony algorithm is one of the well-known swarm intelligence algorithms. In the past decade there has been created several different algorithms based on the observation of the behavior of cooperative bees. Among them, the most frequently analyzed and used is bee algorithm proposed in 2005 by Dervis Karaboga and was be used in the proposed paper. The particle swarm optimization algorithm (PSO) is based on adjusting the change speed of the moving particles to a speed of particles movement in the neighborhood. Particle optimization algorithm is one of the computational techniques derived on the basis of swarm behavior such as flocks of birds and schools of fish, which is the basis for the functioning of the exchange of information to enable them to cooperate. It was noticed that the animals in the herd tend to maintain the optimum distance from their neighbors, by appropriate adjustment of their speed. This method allows the synchronous and collision-free motion, often accompanied by sudden changes of direction and due to the rearrangement of the optimal formation. For these algorithms has been prepared the software in Matlab, allowing to optimization of the mathematical models designated on the basis of the carried out identification tests and control parameters used in the mathematical model of the control system.

7

Badanie i analiza algorytmów rojowych w optymalizacji parametrów regulatora kursu statku

Tomera M.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2015

|

Nr 46

103--106

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.

8

Zmiana położenia układu odwróconego wahadła przy użyciu sterowania ślizgowego

Tomera M.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2014

|

Nr 40

119--126

PL

W referacie przedstawione zostało sterowanie ślizgowe zastosowane do zmiany położenia wózka w układzie odwróconego wahadła. Obiekt sterowania jest nieliniowy, o dwóch stopniach swobody (kąt ustawienia wahadła i pozycja wózka) i jednym wejściu (siła przyłożona do wózka). Zadanie sterowania polega na takim przemieszczaniu położenia wózka, aby wraz z jego zmianami, pręt wahadła balansował w położeniu pionowym i nie przewrócił się. Model matematyczny obiektu składa się z czterech nieliniowych równań stanu. Sterowanie ślizgowe zazwyczaj stosowane jest do obiektów drugiego rzędu, zapisywanych w postaci zmiennych fazowych. Dlatego też w przypadku układu odwróconego wahadła konieczna była dekompozycja problemu i zastosowane zostało dwuwarstwowe sterowanie ślizgowe. W części równoważnej sterowania rozważone zostały regulatory: liniowo-kwadratowy (LQR) i proporcjonalno-całkującoróżniczkujący (PID), które są powszechnie stosowane do sterowania procesami dynamicznymi. Uzyskane układy sterowania ślizgowego są odporne na wpływ działających zakłóceń. Wyniki badań symulacyjnych pokazują efektywność pracy zaproponowanych struktur układów sterowania.

EN

The paper presents sliding mode control, which was used to change the position of the cart in the inverted pendulum system. The plant of control is non-linear, with two degrees of freedom (the angle of the pendulum and the position of the cart) and one input (force applied to the cart). The task is to control the movement of the cart position to get along with his changes, balancing the pendulum rod in the upright position. The mathematical model of the object consists of four nonlinear equations of state. Sliding mode control is normally applied to the second-order systems, presented in the canonical form. Therefore, in the case of an inverted pendulum system, the decomposition of the problem was necessary and two-layer sliding mode control was applied. In the equivalent part of the control, two controllers were considered: linear quadratic regulator (LQR) and Proportional-Integral-Derivative (PID), which are commonly used to control dynamic processes. The resulting sliding mode control systems are robust to the influence of disturbance input. The results of simulation studies show the effectiveness of the work of the proposed structures of control systems.

9

Sterowanie ślizgowe w układzie połączonych zbiorników

Tomera M.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2014

|

Nr 40

111--118

PL

W pracy przedstawiony został układ regulacji poziomu wody wykorzystujący sterowanie ślizgowe. Zaprezentowany algorytm sterowania ślizgowego opiera się na nieliniowej powierzchni ślizgania pierwszego rzędu. Niedogodnością sterowania ślizgowego są efekty częstych przełączeń sygnału sterowania, co niekorzystnie wpływa na trwałość i pracę urządzenia wykonawczego, w tym przypadku pompy. W celu usunięcia tej niedogodności w regulatorze ślizgowym, zamiast funkcji przekaźnikowej została zastosowana funkcja ograniczająca, wprowadzająca warstwę graniczną na powierzchni ślizgowej, co powoduje zlikwidowanie oscylacji (chatteringu). Na działanie algorytmu sterowania ślizgowego bardzo niekorzystnie wpływają również szumy pomiarowe, które usunięte zostały poprzez zastosowanie rozszerzonego filtru Kalmana. Ocena jakości pracy zaprojektowanego regulatora ślizgowego przeprowadzona została w oparciu o badania symulacyjne. Uzyskaną jakość pracy zaprojektowanego regulatora ślizgowego porównano z układem równoważnym zawierającym regulator liniowy PID.

EN

The paper presents a system to control water level using sliding mode. The presented sliding mode control algorithm is based on a non-linear sliding surface of the first order. The drawback of sliding mode control are effects of frequent switching of control signal, what adversely affects the stability and the operation of the actuator, in this case the pump. In order to remove this drawback in the slide control instead of the relay function, the limiting function was applied, introducing a constraining layer on the slide surface, thereby causing chattering. The behavior of the sliding mode control algorithm is very adversely affected by the measurement noises, which were removed using the extended Kalman filter. Evaluation of the work quality of designed sliding mode control was carried out based on the simulation test. Obtained work quality of the designed sliding mode control was compared with the equivalent system containing linear PID controller.

10

Sterowanie kaskadowe poziomem wody w układzie dwóch zbiorników

Tomera M., Kula K.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2014

|

Nr 40

127--132

PL

W pracy przedstawiono układ sterowania poziomem wody w układzie dwóch zbiorników o swobodnym wypływie. Do sterowania poziomem wody w dolnym zbiorniku, zastosowany został kaskadowy układ regulacji. Dla porównania uzyskanej jakości sterowania, dodatkowo przeprowadzone zostały badania w układzie z jedną pętlą sprzężenia zwrotnego z zastosowaniem regulatora PID oraz nieliniowego regulatora z modelem wewnętrznym (NIMC). W celu przetestowania opracowanego oprogramowania w środowisku MATLAB/Simulink przeprowadzone zostały wstępne badania układów sterowania a następnie wykonano próby w układzie rzeczywistym, gdzie przygotowywane algorytmy zostały zaimplementowane w mikrokontrolerze sygnałowym TMS320F28335.

EN

The paper presents a control system of the water level in the system of two tanks with free flow. In order to solve the problem of accurate control of the water level in the lower tank cascade control system was used. In order to evaluate the results of the cascade control, additional tests were carried out in internal model and one loop PID control system . Setting of controllers were determined using the direct synthesis method. Preliminary studies of control systems were conducted in MATLAB/Simulink environment to test prepared software. Final tests were performed in a real time system, where the designed control algorithms were programmed in the digital signal processor TMS320F28335. To compare the control performance of used cascade control system.

11

Dynamic positioning system for a ship on harbour manoeuvringwith different observers. Experimental results

Tomera M.

Polish Maritime Research

|

2014

|

nr 3

13--24

EN

In cases when the navigational space of the manoeuvre performed by the ship is severely limited, the procedures making use of the rudder blade, propeller screw, and thrusters are very complicated. Such situations take place when the ship manoeuvres inside the harbour area and in those cases the structure of the control system is very complex. The article describes the algorithm of multivariable control of ship motion over the water surface, which makes use of the state vector consisting of 6 variables. Three of them, which are the position coordinates (x, y) measured by the DGPS system and the ship heading y measured by gyro-compass, were obtained experimentally. The three remaining variables, which are the velocities in surge u, sway v, and yaw r directions, were estimated by Kalman filter, Kalman- Bucy filter and extended Kalman filter, respectively. The control algorithms making use of these observers were examined using the training ship „Blue Lady” which was navigated on the lake Silm in Ilawa/Kamionka in the Ship Handling Research and Training Centre owned by the Foundation for Safety of Navigation and Environment Protection. The experimental results obtained using control systems with three observers were finally compared between each other.

12

Ocena wyników audytu klinicznego w Populacyjnym Programie Wczesnego Wykrywania Raka Piersi w województwie małopolskim w latach 2007-2012

Tomera M., Podloch M.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2014

|

Vol. 3, nr 3

135--139

PL

W Polsce od 2005 roku realizowany jest program skryningowy raka piersi. Od 2007 roku jego jakość jest monitorowana poprzez coroczne kontrole jakości oraz audyt kliniczny. Celem pracy była analiza wyników audytu klinicznego przeprowadzonego w pracowniach mammograficznych województwa małopolskiego w latach 2007-2012.

EN

Since 2005 a special breast cancer screening program has been realized in Poland. Its quality has been monitored through annual quality controls and clinical audit since 2007. The aim of this study was to analyze the results of the clinical audit which was carried out in mammography laboratories in the province of Małopolska in 2007-2012.

13

Rozmyty samonastrajalny regulator cyfrowy PID w układzie sterowania poziomem wody

Tomera M.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2013

|

Nr 36

165--170

PL

W celu rozwiązania problemu dokładnego sterowania obiektem nieliniowym, zaprojektowany został rozmyty samonastrajalny regulator cyfrowy PID łączący w sobie zalety układu wnioskowania rozmytego i prostotę regulatora PID. Zaprojektowany regulator składa się z regulatora rozmytego i z regulatora PID. W celu poprawy jakości sterowania, w zależności od wartości uchybu i szybkości zmian uchybu układu regulacji oraz reguł sterowania rozmytego, regulator rozmyty może stroić na bieżąco trzy parametry regulatora PID. Wartości początkowe parametrów regulatora cyfrowego PID wyznaczone zostały z wykorzystaniem klasycznej teorii sterowania liniowego metodą lokowania biegunów. Zaprojektowany regulator zastosowany został do sterowania poziomem wody w dolnym zbiorniku w układzie kaskadowym dwóch zbiorników. Badania wstępne układu sterowania przeprowadzone zostały w Simulinku z użyciem modeli symulacyjnych. Badania docelowe wykonane zostały w układzie sterującym obiektem rzeczywistym z poziomu Matlaba/Simulinka z wykorzystaniem przybornika RealTime Windows Target poprzez kartę wejść i wyjść analogowych PCI-1710, produkowaną przez firmę Advantech. Uzyskane wyniki badań pokazują, że zaproponowany układ sterowania ma mniejsze przeregulowania i krótszy czas regulacji, niż układ sterowania wykorzystujący konwencjonalny regulator cyfrowy PID o stałych wartościach parametrów.

EN

In order to solve the problem of accurate control of the nonlinear system, a digital fuzzy-PID self-tuning controller was designed by combining the advantages of fuzzy inference system and the simplicity of the PID controller. Designed controller composes of fuzzy controller and digital PID controller. According to the error and error rate of the control system and fuzzy control rules, the fuzzy controller can tune the three parameters of the PID controller in order to improve the quality of control. The initial values of parameters of the digital PID controller were determined using classical linear control theory with the pole placement method. Designed controller was used to control the water level in the lower tank in a double tank cascade system. Preliminary studies of control system were carried out in Simulink using simulation models. The target research were made in system controlling the real object using Matlab/Simulink and the Real-Time Windows Target Toolbox through I/O PCI-1710 card produced by Advantech. Presented research results show that proposed control scheme has smaller overshoot and shorter settling time than control system which uses classical digital PID controller with constant values of parameters.

14

Pozycyjne sterowanie ruchem statku z różnymi typami obserwatorów. badania symulacyjne

Tomera M.

Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni

|

2013

|

nr 78

110--128

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.

15

Procedura oceny mammogramów w ramach audytu klinicznego

Tomera M.

Inżynier i Fizyk Medyczny

|

2013

|

Vol. 2, nr 4

211--212

PL

Celem pracy jest przedstawienie sposobu oceny mammografów przeprowadzanej w ramach audytu klinicznego.

EN

The aim of the study is to present a method for assessing mammograms as part of clinical audit.

16

Porównanie metod estymacji zmiennych stanu w układzie kaskadowym dwóch zbiorników

Tomera M., Pozorski K.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2012

|

Nr 31

131-138

PL

W pracy przedstawiona została analiza porównawcza dokonana pomiędzy trzema obserwatorami stanu: obserwatorem liniowym Luengergera oraz dwoma filtrami Kalmana: liniowym i rozszerzonym (EKF - Extended Kalman Filter) opierająca się ocenie dokładności estymacji zmiennych stanu. Analizowany obiekt w którym estymowane są zmienne stanu, składa się z dwóch zbiorników zawieszonych kaskadowo. Rozpatrzony został przypadek w którym pomiar poziomu wody odbywa się tylko w dolnym zbiorniku, natomiast informacja o poziomie wody w górnym zbiorniku uzyskiwana jest w wyniku estymacji. Analizowane obserwatory wykorzystane zostały w układzie sterowania poziomem wody w dolnym zbiorniku przy użyciu regulatora stanu, który wymaga znajomości poziomu wody w obydwu zbiornikach. Dodatkowo dokonano porównania jakości sterowania układów regulacji z wykorzystaniem regulatora stanu w konfiguracji z wyżej wymienionymi obserwatorami oraz z użyciem regulatora PID, który wykorzystuje tylko pomiar poziomu wody w dolnym zbiorniku i nie potrzebuje obserwatora. Wstępnie przeprowadzone zostały badania symulacyjne z wykorzystaniem środowiska obliczeniowego MATLAB/Simulink. Badania docelowe wykonane zostały w układzie rzeczywistym, gdzie zaprojektowane obserwatory wraz z regulatorami zaprogramowane zostały w mikrokontrolerze sygnałowym TMS320F28335, wykorzystanym do automatycznego sterowania poziomem wody w zbiorniku dolnym.

EN

The paper presents the comparative analysis made between the linear observer and two linear Kalman filters: linear and extended Kalman filter (EKF), which is based assessment of the accuracy of estimation of state variables. The analyzed object in the estimated state variables are composed of two cascaded tanks suspended. Was examined in a case in which the measurement of the water level takes place only in the botom tank, and information about the water level in the top tank is obtained by the estimation. Observers analyzed were used in the control water level in the lower tank with the control condition, which requires the knowledge of the water level in both tanks. In addition, a comparison of the quality control using the control systems of the controller with the above configuration, observers, and using the PID controller, which uses only the measurement of the water level in the bottom tank, and does not require the observer. Pre-simulation study was carried out using the computational environment MATLAB/Simulink. The research targets were made in a real time system, where the observers designed with controls are programmed in a digital signal processor TMS320F28335, deployed to automatically control the water level in the bottom tank.

17

Porównanie jakości pracy regulatorów stanu i PID układzie kaskadowym dwóch zbiorników

Tomera M., Talaśka M.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

|

2012

|

Nr 31

139-146

PL

W referacie przedstawiona została analiza porównawcza dokonana pomiędzy dwoma regulatorami stanu i regulatorem PID, opierająca się na ocenie odpowiedzi czasowej sterowania poziomem wody w układzie kaskadowym dwóch zbiorników. Obiekt sterowania jest układem nieliniowym i składa się z pompy, dwóch zbiorników połączonych kaskadowo oraz czujników do pomiaru poziomów wody w zbiornikach. Szczegółowo przedstawione zostały metody projektowania analizowanych regulatorów. Pierwszy regulator stanu jest regulatorem optymalnym LQR dla którego analitycznie wyprowadzone zostały wzory na obliczanie optymalnych wartości wzmocnień, drugi natomiast zaprojektowany został metodami: Ackermana i lokowania biegunów. Parametry regulatora PID również dobrane zostały metodą lokowania biegunów. Badania wstępne przeprowadzone zostały w środowisku obliczeniowym MATLAB/Simulink z użyciem modeli symulacyjnych. Badania docelowe wykonane zostały w układzie rzeczywistym, gdzie algorytmy sterowania wyznaczone metodą emulacji, zaprogramowane zostały w mikrokontrolerze sygnałowym TMS320F28335, wykorzystanym do automatycznego sterowania poziomem wody w dolnym zbiorniku.

EN

The paper presents the comparative analysis made between the two state regulators and PID controller, based on an assessment of response time water level control in a cascade of two tanks. Object control system is nonlinear and consists of a pump, the two tanks connected in cascade, and sensors for measuring the water level in the tanks. Details of which have been analyzed controller design method. The first controller is the state of optimal LQR controller for which analytical formulas are derived to calculate the optimal values of gains, while the next is designed by Ackerman and pole placement method. The PID controller was designed also by pole placement method. Simulation study was carried out using the computational environment MATLAB/Simulink. Target tests were performed in a real time system, where the control algorithms set by the emulation method was programmed in digital signal processor TMS320F28335 deployed to automatically control the water level in the bottom tank.

18

Zastosowanie regulatorów neuronowego i rozmytego do sterowania poziomem wody w układzie kaskadowym dwóch zbiorników

Tomera M., Kasprowicz A.

Zeszyty Naukowe Akademii Marynarki Wojennej

|

2012

|

R. 53 nr 3 (190)

123-138

PL

W artykule przedstawione zostały regulatory zbudowane w oparciu o metody sztucznej inteligencji. Klasyczny regulator PID zastosowany do sterowania poziomem wody w układzie kaskadowym dwóch zbiorników zastąpiony został regulatorami rozmytym i neuronowym. Struktura regulatora rozmytego działającego w oparciu o logikę rozmytą wzorowana była na klasycznym liniowym regulatorze PID. Regulator neuronowy jest równoważnikiem regulatora rozmytego zbudowanym w oparciu o sztuczną sieć neuronową o radialnych funkcjach bazowych (RBF). Wstępne badania układów sterowania z rozważanymi regulatorami wykonane zostały w środowisku obliczeniowym MATLAB/Simulink z użyciem modeli symulacyjnych. Badania docelowe przeprowadzone były w układzie fizycznym, w którym algorytmy sterowania zaprogramowane zostały w mikrokontrolerze sygnałowym TMS320F28335, wykorzystanym do automatycznego sterowania poziomem wody w dolnym zbiorniku. Przy porównaniu uzyskanych wyników pod uwagę wzięty został również klasyczny regulator liniowy PID.

EN

This paper presents controllers built according to the methods of artificial intelligence. The classic PID controller used to control the level of water in a cascade of two tanks was replaced with regulators: fuzzy and neural. The structure of fuzzy controller acting on the fuzzy logic was base on a classical linear PID controller. A neural controller is equivalent to a fuzzy controller based on artificial neural network having radial base functions (RBF). Preliminary testing of control systems with the controllers considered were made in computing simulation MATLAB/Simulink. The final investigations were conducted in the target physical system in which the control algorithms were programmed in the signal processor TMS320F28335, used for automatic control of the water level in the lower tank. In comparing the results obtained the classic linear PID controller was considered.

19

Nonlinear observers design for multivariable ship motion control

Tomera M.

Polish Maritime Research

|

2012

|

S 1

50-56

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.

20

Dynamic positioning system design for “Blue Lady”. Simulation tests

Tomera M.

Polish Maritime Research

|

2012

|

S 1

57-65

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.