Модели и алгоритмы оптимизации технологических процессов на судах и управления судовыми техническими средствами

• Автор: Голубев, Павел Викторович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 213 с. : ил.

Содержание
Введение.

1. Модели водоизмещающих судов как нелинейных динамических объектов

1.1. Алгоритмизация и компьютерное моделирование динамики водоизмещающего судна как объекта управления на основе универсальной математической модели морских подвижных объектов.
1.2. Математическая модель динамики водоизмещающего речного судна, неустойчивого на курсе, и ее использование для обеспечения ее устойчивости и требуемых показателей качества средствами стабилизации нелинейных систем
1.3. Алгоритм оценки параметров модели водоизмещающего судна по измерениям вектора состояния в переходном режиме.
1.4. Кластерная модель для оценки влияния путевых условий на режимы работы СЭУ в рейсе и ее практическое использование.

2. Экономичное управление режимами движения судов в рейсе как проблема

оптимального распределения ресурсов в условиях ограничений

2.1. Численный алгоритм оптимального распределения ресурсов, базирующийся на аппроксимирующих функциях среды МаАВ
2.2. Обеспечение экономии топлива в рейсе путем оптимального распределения ресурса ходового времени судна по участкам водной коммуникации.
2.3. Оптимизация режимов движения судов по критерию суммарного расхода топлива в классе генетических алгоритмов.
2.4. Модель и алгоритм оптимального управления технологическим процессом корпоративной системы в составе земснаряды, суда, грузовые площадки порта, заказчик продукции.
3. Модели и алгоритмы оптимизации технологических режимов судовых технических средств.
3.1. Распределение нагрузки при параллельной работе судовых дизель генераторных агрегатов методом квадратичного программирования
3.2. Динамические наблюдатели как технические средства восстановления вектора переменных состояния судовых объектов и систем по вектору выхода
3.3. Модель и алгоритм расчета наблюдателя, оптимальное управление маневром судна
3.4. Информационная поддержка и алгоритмизация синтеза судовой системы управления, оптимальной по
быстродействию.
4. Управление судовыми автоматическими системами по модели
следования
4.1. Реконфигурация систем управления динамическими объектами
4.2. Устойчивость метода псевдоинверсии при управлении системами с
реконфигурацией.
4.3. Управление судовой автоматической системой по модели
следования.
4.4. Реализация алгоритма расчета судовых систем управления но модели
следования.
Заключение
Список литературы


Сангст Петербургского государственного университета в тесном сотрудничестве с другими НИИ и КБ судостроительной промышленности. Общие нелинейные уравнения динамики, полученные на базе теорем об изменении количества движения и момента количества движения, пригодны для моделирования всех типов морских судов, в том числе надводных водоизмещающих судов и подводных лодок. Линеаризованные системы уравнений представлены в форме пространства состояний, что позволяет для разработки информационного обеспечения использовать класс I i i Ivi моделей среды . Математические модели надводных водоизмещающих морских подвижных объектов МПО, полученные в работе 9, характеризуются тем, что динамика пространственного движения МПО в общей форме описывается системой уравнений, составленных с учетом соответствующих выражений для сил и моментов. Для надводных водоизмещающих объектов эти уравнения могут быть значительно упрощены. Упрощение, прежде всего, связано с тем фактом, что для указанных МПО можно пренебречь движением в вертикальной плоскости, ввиду незначительности диапазонов изменения таких динамических параметров, как вертикальная составляющая скорости хода, вертикальное перемещение центра масс и дифферент 6. При выводе приводимых ниже уравнений движения судна использованы базовые положения работ 2, 9, . Алгоритмизацию и компьютерное моделирование водоизмещающего судна как объекта управления на основе универсальной математической модели морских подвижных объектов выполним с использованием данных , полученных для конкретного объекта и приведенных в таблице 1. П 2 x
тк. Как было отмечено выше, при рассмотрении динамики водоизмещающих надводных МПО угол дифферента можно считать малой величиной 5,. Таблица 1. Масса тс с2м 8. Длина м 4. Ширина на миделе м . Осадка на миделе м 5. Момент инерции относительно продольной оси тс м с2 . Коэффициент присоединения массы вдоль оси Ох 0. Коэффициент присоединения массы вдоль оси О 0. Коэффициент присоединенного момента инерции 0. Коэффициент присоединенного момента инерции вдоль оси Оу 0. Коэффициент присоединенной массы относительно осей Оу и Ог 0. Коэффициент демпфирования бортовой качки 0. Плечо руля м . Поперечная метацентрическая высота м 1. Плечо сил инерции м 4. УЬир УгСвср 1. Уравнения 1. МПО 9. С, боковое смещение центра масс 0 угол крена р угол курса. Через 0. Мх, Му обозначены соответствуюцие проекции сил и моментов, действующих на судно, на оси связанной системы координат. Ух ш1 к2зУгоу 1. Я 1. В приведенных формулах для сил и моментов через Хн, ХНу МхН, МуН обозначены проекции гидродинамических силы и момента диссипативной природы, действующих на корпус судна, а через Хр, МхЯ, МуЛ, МхЛЪ обозначены проекции силы и момента, обусловленных перекладкой рулей, Т тяга гребного винта. Формулы для перечисленных сил и моментов приведены ниже. Далее, через , , Мх Му обозначены проекции на оси связанной систем векторов внешней возмущающей силы и момента аэродинамические силы и моменты, силы и моменты от волнения. С учетом данных, приведенных в таблице 1. Хн 0. К2 9. Мхн . К . К2Лл Пг . МуН 2. Л . Пр 0. Тяга гребного винта вычисляется по формуле Г 9. Численные значения коэффициентов в этом уравнении оцениваются по эксперименту методом наименьших квадратов. Хк 0. К2д 0. Мхл 3. МуЯ 6. МхЯЬ 9. Ь угол перекладки бортовых рулей, а , К. Текущие значения углов 5,. АОь. УУ2 о. С з У сОу ЬV2 8Р ЬУ с
Ыу аУУг а Уйу У. СМу 1. Оу. С учетом параметров судна, приведем численные значения коэффициентов уравнении 1. Х1 0. Ъ1 1. Ь 1. КГ4 си 1. Ь 3. Ю4 Ь 7. Отличие модели 1. А являются функциями скорости судна V. К тому же, пять из восьми элементов матрицы
В зависят от квадрата скорости V . С учетом вышесказанного, для решения системы уравнении 1. Моделирование выполнено с помощью программы, представленной двумя файлами скрипт файлом 2. Отметим, что с помощью разработанных файлов получены адекватные результаты во всех блоках, что позволяет сделать вывод, прежде всего, о корректности процессов моделирования. Построены диаграммы Найквиста и Боде, выполнен расчет корректирующих звеньев систем управления.