RU2501064C2 - Method of controlling ship trajectory - Google Patents
Method of controlling ship trajectory Download PDFInfo
- Publication number
- RU2501064C2 RU2501064C2 RU2012108992/08A RU2012108992A RU2501064C2 RU 2501064 C2 RU2501064 C2 RU 2501064C2 RU 2012108992/08 A RU2012108992/08 A RU 2012108992/08A RU 2012108992 A RU2012108992 A RU 2012108992A RU 2501064 C2 RU2501064 C2 RU 2501064C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- point
- points
- vessel
- values
- vectors
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к судовождению и может быть использовано для автоматизации управления траекторией движения любых типов судов, выполняющих сложное маневрирование, в частности, с большими углами дрейфа.The invention relates to navigation and can be used to automate the control of the trajectory of any type of vessel performing complex maneuvers, in particular with large drift angles.
Существует способ управления траекторией движения судна, например, при динамическом позиционировании, который основан на определении параметров вектора аэродинамической силы, действующей на судно, с использованием датчиков, измеряющих направление и скорость ветра, а также математической модели судна, расчете параметров суммарного вектора тяги движительно-рулевого комплекса судна, направление которого противоположно направлению вектора аэродинамической силы, а модуль равен модулю аэродинамической силы [1], [2], [7].There is a way to control the ship’s trajectory, for example, in dynamic positioning, which is based on determining the parameters of the aerodynamic force vector acting on the vessel using sensors measuring the direction and speed of the wind, as well as a mathematical model of the vessel, calculating the parameters of the total thrust vector of the propulsion complex of the vessel, the direction of which is opposite to the direction of the aerodynamic force vector, and the module is equal to the aerodynamic force modulus [1], [2], [7].
Однако такой способ управления имеет ряд недостатков:However, this control method has several disadvantages:
во-первых, все внешние воздействия, кроме аэродинамического, учитываются методом последовательных приближений, что требует неоднократного определения значений их параметров по результатам многократных промахов при приведении судна в заданное конечное положение;firstly, all external influences, except aerodynamic, are taken into account by the method of successive approximations, which requires the repeated determination of the values of their parameters according to the results of multiple misses when bringing the vessel to a given final position;
во-вторых, указанные промахи возможны и по причине неадекватности математической модели судна, используемой в системе управления, так как ее параметры не идентифицируются с учетом текущих значений гидродинамических и аэродинамических параметров корпуса судна, которые имеют свойство меняться даже в процессе выполнения маневра;secondly, these misses are also possible due to the inadequacy of the mathematical model of the vessel used in the control system, since its parameters are not identified taking into account the current values of the hydrodynamic and aerodynamic parameters of the ship's hull, which tend to change even during the maneuver;
в-третьих, неоднократные промахи при выходе в заданное конечное положение снижают эффективность работы системы управления судном, в основном за счет увеличения энергетических затрат, расходуемых на обеспечение выхода судна в заданное конечное положение;thirdly, repeated misses when reaching the specified end position reduce the efficiency of the ship’s control system, mainly due to the increase in energy costs spent on ensuring the ship reaches the specified final position;
в-четвертых, в целях обеспечения безопасности при выполнении отдельных маневров (швартовка к причалу) непопадание судна в заданное конечное положение недопустимо, указанный способ этого не предусматривает.fourthly, in order to ensure safety when performing certain maneuvers (mooring to the berth), the vessel does not fall into the specified final position, this method does not provide for this.
Известен способ определения гидродинамических параметров математической модели движения судна, включающий использование двух разнесенных по длине диаметральной плоскости судна носовой F и кормовой А точек с установленными в них приемниками СНС для измерения координат этих точек, определение кинематических параметров движения судна, непрерывную идентификацию математической модели судна (Пат. РФ №2442718, опубл. 20.02.2012). Изобретение позволяет повысить точность прогнозирования движения судна при маневрировании. Данный способ наиболее близок к предлагаемому и принят за прототип.A known method for determining the hydrodynamic parameters of a mathematical model of a vessel’s movement, including the use of two forward F and aft A points with the SNA receivers installed in them to measure the coordinates of these points, determining the kinematic parameters of the vessel’s movement, and continuous identification of the vessel’s mathematical model (Pat . RF №2442718, publ. 02.20.2012). The invention improves the accuracy of predicting the movement of the vessel during maneuvering. This method is closest to the proposed and adopted as a prototype.
Целью изобретения является повышение безопасности выполнения судном сложных маневров, а также повышение эффективности использования средств управления судном и, как следствие, экономии его энергетических ресурсов.The aim of the invention is to increase the safety of the vessel performing complex maneuvers, as well as improving the efficiency of using the ship’s controls and, as a result, saving its energy resources.
Управление осуществляют регулированием текущих значений параметров векторов линейных скоростей двух разнесенных по длине судна точек, расположенных в его диаметральной плоскости (ДП), условно называемых носовой F и кормовой А (фиг.1). В качестве регулируемых параметров рассматривают модули векторов линейной скорости носовой
В заявляемом способе управления траекторией движения эффективность работы систем управления судном определяется уменьшением количества попыток вывода судна в заданное конечное положение (т.е. промахов). Этот эффект достигается за счет постоянной идентификации математической модели судна (общий признак) и ее использования для определения заданных значений модулей векторов
Сущность способа управления траекторией движения судна поясняется чертежами, представленными на фиг.1, 2, и заключается в следующем.The essence of the method of controlling the trajectory of the vessel is illustrated by the drawings presented in figures 1, 2, and is as follows.
Заданное конечное положение точек Fк, Ак и Gк (центр тяжести) (фиг.1, 2) в неподвижной системе координат X00Y0 задается их координатами, т.е. Fк(X0Fк, Y0Fк), Ак(X0Aк, Y0Aк), Gк(X0Gк, Y0Gк). Координаты начального положения точек Fн(X0Fн, Y0Fн), Ан(Х0Ан, Y0Ан) Gн(Х0Gн, Y0Gн) определяют с использованием спутниковой навигационной системы (СНС), также определяют текущие значения координат этих точек в процессе выполнения маневрирования F(Х0F, Y0F), А(Х0A, Y0A), G(Х0G, Y0G). Для определения координат указанных точек с помощью СНС приемники устанавливают в двух точках: носовой F и кормовой А, координаты третьей точки G определяют вычислением с учетом ее положения относительно носовой F и кормовой А точек. Если расстояние от точки F до точки G равно lF (фиг.2), а от точки А до точки G равно lA, то текущие значения координат точки G с учетом текущих значений координат точек F и А будут равны:The given final position of the points F k , A k and G k (center of gravity) (Figs. 1, 2) in the fixed coordinate system X 0 0Y 0 is determined by their coordinates, i.e. F to (X 0Fk , Y 0Fk ), And to (X 0Ak , Y 0Ak ), G to (X 0Gk , Y 0Gk ). The coordinates of the initial position of the points F n (X 0Fn , Y 0Fn ), A n (X 0An , Y 0An ) G n (X 0Gn , Y 0Gn ) are determined using the satellite navigation system (SNA), also determine the current values of the coordinates of these points in the process of maneuvering F (X 0F , Y 0F ), A (X 0A , Y 0A ), G (X 0G , Y 0G ). To determine the coordinates of these points using the SNA, the receivers are installed at two points: bow F and stern A, the coordinates of the third point G are determined by calculating its position relative to bow F and stern A points. If the distance from point F to point G is equal to l F (Fig. 2), and from point A to point G is equal to l A , then the current values of the coordinates of point G, taking into account the current values of the coordinates of points F and A, will be equal to:
Значение планируемого времени перехода судна из начального положения в конечное положение Δt=tк-tн (tн - время начала маневрирования судна, tк - время прихода судна в заданное конечное положение) определяют методом компьютерного моделирования планируемого маневра судна из исходного положения в конечное с использованием идентифицированной математической модели судна и с учетом параметров, характеризующих факторы внешней среды в районе выполнения маневра. При этом достаточно рассчитать допустимую скорость одной точки судна, например его центра тяжести (ЦТ) на пути GнGк или любой другой точки судна, лежащей в его ДП, согласно фиг.1, например, носовой точки F на пути FнFк или кормовой точки А на пути АнАк. В дальнейшем можно использовать осредненное из трех значение Δt по результатам его определения для каждой из указанных точек.The value of the planned time of the ship’s transition from the initial position to the final position Δt = t to -t n (t n is the time the ship maneuver begins, t to is the time the ship arrived at the given final position) is determined by computer simulation of the planned maneuver of the ship from the initial position to the final using the identified mathematical model of the vessel and taking into account the parameters characterizing environmental factors in the area of the maneuver. In this case, it is enough to calculate the permissible speed of one point of the vessel, for example, its center of gravity (CT) on the path G n G to or any other point on the vessel lying in its DP, according to Fig. 1, for example, the bow point F on the path F n F to or feed point A on the way A n A to . In the future, the Δt value averaged out of three can be used according to the results of its determination for each of the indicated points.
Учитывая, что все рассматриваемые точки должны оказаться в заданном конечном положении одновременно, для определения заданных начальных значений модулей векторов линейных скоростей точек G, F, A, а именно, υGн, υFн, υАн используют зависимостьGiven that all points should be viewed in a predetermined end position at the same time, to determine the set of initial values modules vectors linear velocities dots G, F, A, namely, υ gH, υ FH, υ An use dependence
откуда:where from:
В процессе движения судна к конечному положению, заданные значения модулей векторов
Заданные направления векторов скоростей перемещения точек
Текущие значения модулей и направлений векторов
где βF, βA - текущие значения углов дрейфа в точках F и А соответственно.where β F , β A are the current values of the drift angles at points F and A, respectively.
Величину сигнала управления σ, передаваемую на движительно-рулевой комплекс судна, формируют из величин разностей текущих и заданных значений как модулей, так и направлений векторов
здесь υFт, υAт, φFт, φАт, υFз, υAз, φFз, φАз - текущие (индекс «т») и заданные (индекс «з») значения модулей и направлений векторов скоростей точек F и A; kυF, kυA, kφF, kφA - коэффициенты усиления.here υ Ft , υ At , φ Ft , φ At , υ Fз , υ Aз , φ Fз , φ Az are the current (index "t") and given (index "h") values of the modules and directions of the velocity vectors of points F and A ; k υF , k υA , k φF , k φA are the gains.
Для повышения точности определения значений прогнозируемых с помощью компьютерного моделирования и необходимых для формирования сигнала управления параметров и, в конечном итоге, для повышения безопасности выполнения маневра, необходимо в течение всего процесса маневрирования непрерывно идентифицировать математическую модель судна известными методами [3], [4], [5], [6].To improve the accuracy of determining the values predicted by computer simulation and the parameters necessary for generating a control signal and, ultimately, to increase the safety of maneuvering, it is necessary throughout the entire maneuvering process to continuously identify the mathematical model of the vessel using known methods [3], [4], [5], [6].
ЛитератураLiterature
1. Барахта А.В., Юдин Ю.И. Структура и принципы работы систем динамического позиционирования: Мурманск, Вестник МГТУ, том. 12, №2, 2009. с.255-258.1. Barakhta A.V., Yudin Yu.I. The structure and principles of dynamic positioning systems: Murmansk, Vestnik MSTU, vol. 12, No. 2, 2009. p. 255-258.
2. Петров Ю.П., Червяков В.В. Системы стабилизации буровых судов. Л.: Судостроение, 216 с., 1985 (Техника освоения океана).2. Petrov Yu.P., Chervyakov VV Stabilization systems for drilling ships. L .: Shipbuilding, 216 p., 1985 (Technique for the development of the ocean).
3. Юдин Ю.И. Использование принципа максимума для параметрической идентификации математической модели судна / С.В.Пашенцев, Ю.И.Юдин // Наука и техника транспорта. - 2006. - №2. - С.100-107.3. Yudin Yu.I. Using the maximum principle for parametric identification of a mathematical model of a ship / S.V. Pashentsev, Yu.I. Yudin // Science and technology of transport. - 2006. - No. 2. - S. 100-107.
4. Юдин Ю.И. Идентификация параметров тренажерной модели движения танкера / Ю.И.Юдин, Г.И.Мартюк // Управление безопасностью мореплавания и подготовка морских специалистов SSN, 2004: материалы 4-й междунар. конф. (Калининград, 9-10 июня 2004 г.) / БГАРФ. - Калининград, 2004. - С.154-159.4. Yudin Yu.I. Identification of parameters of a simulator model of tanker movement / Yu.I. Yudin, G.I. Martyuk // Navigation safety management and training of marine specialists SSN, 2004: materials of the 4th international conf. (Kaliningrad, June 9-10, 2004) / BFFSA. - Kaliningrad, 2004 .-- S.154-159.
5. Юдин Ю.И. Идентификация модели судна - важнейший элемент управления безопасностью мореплавания / Ю.И.Юдин, Р.Г.Степахно // Управление безопасностью мореплавания и подготовки морских специалистов: SSN, 2002: материалы 3-й междунар. конф. (Калининград, 27-29 ноября 2002) / БГАРФ. - Калининград, 2003. - С.274-283.5. Yudin Yu.I. Identification of the ship model - the most important element of the safety management of navigation / Yu.I. Yudin, RG Stepakhno // Management of safety of navigation and training of marine specialists: SSN, 2002: materials of the 3rd international. conf. (Kaliningrad, November 27-29, 2002) / BFFSA. - Kaliningrad, 2003 .-- S.274-283.
6. Эйкхоф П. Основы идентификации систем управления / П.Эйкхоф. - М.: Мир, 1975. - 432 с.6. Eikhof P. Fundamentals of identification of control systems / P. Eikhof. - M.: Mir, 1975 .-- 432 p.
7. Operator Manual Kongsberg Simrad SDP. Dynamic Positioning System (Rel. 4.0 Update 5), p.492, 2003.7. Operator Manual Kongsberg Simrad SDP. Dynamic Positioning System (Rel. 4.0 Update 5), p. 492, 2003.
Claims (4)
υFт, υAт, φFт, φАт - текущие значения модулей и направлений векторов скоростей точек F и А,
υFз, υAз, φFз, φАз заданные значения модулей и направлений векторов скоростей точек F и А,
kυF, kυA, kφF, kφA - коэффициенты усиления. 4. The method according to claim 1, characterized in that the control signal is determined by the formula:
υ Ft , υ At , φ Ft , φ At - current values of the modules and directions of the velocity vectors of points F and A,
υ Fz, Az υ, φ Fz, φ Az setpoints moduli and directions of the vectors F and A velocity points,
k υF , k υA , k φF , k φA are the gains.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012108992/08A RU2501064C2 (en) | 2012-03-11 | 2012-03-11 | Method of controlling ship trajectory |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012108992/08A RU2501064C2 (en) | 2012-03-11 | 2012-03-11 | Method of controlling ship trajectory |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012108992A RU2012108992A (en) | 2013-09-20 |
RU2501064C2 true RU2501064C2 (en) | 2013-12-10 |
Family
ID=49182826
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012108992/08A RU2501064C2 (en) | 2012-03-11 | 2012-03-11 | Method of controlling ship trajectory |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2501064C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2553610C1 (en) * | 2014-07-04 | 2015-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") | Method of control over ship afloat |
RU2615849C1 (en) * | 2015-11-06 | 2017-04-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") | Moving vessel control method |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106919168B (en) * | 2015-12-24 | 2023-08-04 | 智真海洋科技(威海)有限公司 | Indoor self-model airplane manipulability experiment positioning system |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2263606C1 (en) * | 2004-04-20 | 2005-11-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Мурманский государственный технический университет | Method of control of moving article |
RU2283505C1 (en) * | 2005-01-31 | 2006-09-10 | Алексей Васильевич Терентьев | Method and device for determining coordinates of a radio radiation source |
-
2012
- 2012-03-11 RU RU2012108992/08A patent/RU2501064C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2263606C1 (en) * | 2004-04-20 | 2005-11-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Мурманский государственный технический университет | Method of control of moving article |
RU2283505C1 (en) * | 2005-01-31 | 2006-09-10 | Алексей Васильевич Терентьев | Method and device for determining coordinates of a radio radiation source |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2553610C1 (en) * | 2014-07-04 | 2015-06-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") | Method of control over ship afloat |
RU2615849C1 (en) * | 2015-11-06 | 2017-04-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") | Moving vessel control method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012108992A (en) | 2013-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yasukawa et al. | Evaluations of wave-induced steady forces and turning motion of a full hull ship in waves | |
EP3388327B1 (en) | Route setting method for underwater vehicle, underwater vehicle optimum control method using same, and underwater vehicle | |
RU2442718C1 (en) | Determination method for dynamic parameters of marine movement mathematical model | |
de Barros et al. | Investigation of normal force and moment coefficients for an AUV at nonlinear angle of attack and sideslip range | |
JP4640760B2 (en) | Waveform prediction method of incoming waves and driving control method of navigation body in waves | |
RU2501064C2 (en) | Method of controlling ship trajectory | |
Lisowski | Sensitivity of computer support game algorithms of safe ship control | |
CN104614554A (en) | Self-amending method of standard error of ship-based wind speed and direction transducer | |
Ueno et al. | Estimation of stopping ability of full-scale ship using free-running model | |
Chun-Ki et al. | Study on the M anoeuvring Prediction of a Fishing Vessel | |
RU2507110C2 (en) | Method of determination of damping component of normal hydrodynamic force and moment | |
Park et al. | Uncertainty assessment of outdoor free-running model tests for maneuverability analysis of a damaged surface combatant | |
Masuyama | The work achieved with the sail dynamometer boat “Fujin”, and the role of full scale tests as the bridge between model tests and CFD | |
RU2493048C1 (en) | Method of defining ship mathematical model hydrodynamic parameters | |
Abdel-Latif et al. | Simulation of ship maneuvering behavior based on the modular mathematical model | |
CN111487981B (en) | Ship dynamic positioning system and wind power feedforward control method and device thereof | |
US20220091610A1 (en) | Lift from vessel formation | |
CN115202366A (en) | Unmanned ship autonomous berthing method and system based on environment perception | |
Richardt et al. | Maneuvering simulations for ships and sailing yachts using FRIENDSHIP-Equilibrium as an open modular workbench | |
Sokolenko | The system of precision planning marine ship’s voyage | |
Yasukawa et al. | Effects of wave direction on ship turning in regular waves | |
Bańka et al. | A comparative and experimental study on gradient and genetic optimization algorithms for parameter identification of linear MIMO models of a drilling vessel | |
Zheng et al. | Simulation and experimental research on hydrodynamic performance of fully attached submarine in the surface and near the surface modes | |
JP2021160427A5 (en) | ||
RU2615848C1 (en) | Moving vessel control method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140312 |