Разработка и исследование системы управления движением скоростного судна на безопасном маршруте

• Автор: Шпекторов, Андрей Григорьевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 167 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ

1. ВЫБОР ТРАЕКТОРИИ СУДНА ПО КРИТЕРИЮ БЕЗОПАСНОСТИ

1.1. Постановка задачи противорезонансного управления

1.2. Противорезонансное управление СВП

1.3. Математическое моделирование противорезонансного управления СВП

1.4. Универсальный алгоритм противорезонансного маневрирования

Выводы по I главе.

2. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СВП НА ЗАДАННОМ МАРШРУТЕ.

2.1. Постановка задачи синтеза системы управления

движением.
2.2. Синтез системы стабилизации на линии заданного галса.
2.3. Синтез линейноквадратичного регулятора. Корневые годографы оптимальной системы.
2.4. Синтез регулятора, обеспечивающего заданные динамические свойства.
2.5. Стабилизация судна на дуге окружности заданного
радиуса.
Выводы по II главе
3. ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ДВИЖЕНИЯ СВП
3.1. Моделирование нелинейных режимов управляемого
движения СВП
3.2. Исследование режима стабилизации на прямолинейном
галсе.
3.3. Исследование движения СВГТ при изменении курса
3.4. Исследование движения СВП при циркуляции
Выводы по III главе.
4. ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СВП.
4.1. Синтез цифровой системы управления.
4.2. Формирование вектора состояния объекта.
4.3. Идентификатор состояния системы стабилизации
Выводы по IV главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Исходными предпосылками к исследовательскому проектированию служат характеристики и технические требования к системе. Первая группа исходных данных является базой для построения нелинейной математической модели, вторая служит для формулировки общих критериев оценки системы работы. В то же время эти 1руппы взаимосвязаны, так как требования к системе необходимо формировать исходя из особенностей управляемого объекта (УО). Дальнейшее развитие модели объекта связано с ее линеаризацией при условии, что для объекта характерны стационарные режимы малых отклонений относительно балансировочных режимов - опорных точек пространства состояний. Линеаризованная модель является исходной для синтеза алгоритмов управления. Предварительный анализ синтезированной системы имеет целью сопоставить полученные компоненты вектора состояния с уровнем, определяемым техническим заданием. По результатам этого сопоставления может быть организован первый инерционный цикл синтез - анализ - синтез с вариацией параметров линейной модели и уточнением требований. Заключительным этапом исследовательского проектирования является полный анализ системы на основе нелинейной модели. Сопоставление результатов этого анализа с общими критериями оценки системы может привести к необходимости изменения характеристик УО или внести коррективы к техническим требованиям к системе. На этом этапе осуществляется анализ нормальных эксплуатационных и аварийных режимов. Итак, организация этапов проектирования системы управления движением судна на траектории осуществляется исходя из вышеописанной схемы (рис. В.1). В данной работе ставится задача построения СУД СВП, совмещенной с малогабаритной интегрированной навигационной системой «Мининавигация-1», разработанной в ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор» [6]. С учетом требований к системам управления на траектории необходимо обеспечивать стабилизацию как на прямолинейном участке траектории, так и при развороте с заданным радиусом циркуляции. Поскольку режим стабилизации на линейном участке характеризуется малыми отклонениями кинематических параметров, для него справедлива постановка задачи линейного синтеза. Линейную модель для синтеза предполагается формировать на основе унифицированной модели МПО []. Далее рассматривается возможность применения линейного регулятора для обеспечения стабилизации на дуге окружности заданного радиуса. Помимо выбора структуры и параметров системы управления возникает задача разработки алгоритмов, обеспечивающих маневрирование СВП с ограничением угла дрейфа, а также определения условий, при которых СВП может оказаться в аварийной ситуации. Согласно схеме исследовательского проектирования, на этой стадии необходимо осуществлять исследование поведения СВП на нелинейной модели с учетом синтезированного регулятора. Кроме того, на основе результатов исследования требуется выработать рекомендации по выбору радиуса циркуляции, при котором обеспечивается безопасный разворот. В данной работе также рассматриваются возможности построения цифровой системы управления движением на траектории. Актуальность данной проблемы обусловлена использованием итерированной навигационной системы, которая предоставляет информацию о параметрах движения в дискретной форме. Таким образом, необходимо осуществлять сопряжение системы управления и ИНС. Одним из подходов, нашедшим отражение на практике, является построение комбинированной системы [, ]. При этом сочетается аналоговое исполнение стандартного авторулевого с цифровым каналом организации обратной связи по величине отклонения от траектории. В настоящее время существует возможность построения цифровых систем управления движением. Другая задача, обусловленная дискретностью информации об измеряемых параметрах, состоит в разработке цифрового идентификатора состояния для обеспечения фильтрации помех измерения. Целью настоящей диссертационной работы является повышение безопасности движения скоростных судов за счет устойчивого движения на заданном маршруте. Формирование траектории движения судна по критерию безопасности в условиях критических внешних возмущений.