Обоснование и разработка адаптивного алгоритма управления движением речного водоизмещающего судна на мелководье

• Автор: Поселенов, Евгений Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.
Глава 1 РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ СУДНА.

1.1. Выбор математической модели динамики судна

1.2. Восстановление коэффициентов математической модели судна

1.3 Корректировка коэффициентов математической модели судна.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМОСТИ СУДНА И ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА УПРАВЛЯЕМОСТЬ

2.1. Особенности характеристик управляемости судна

2.2. Оценка влияния внешней среды на характеристики управляемости

судна.

Глава 3. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ.

3.1. Выбор частных показателей качества управления
3.2. Выбор обобщенных показателей качества управления.
3.3 Оценка коэффициентов чувствительности показателей качества
к изменению внешней среды.
Глава 4. РАЗРАБОТКА АДАПТИВНОГО АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ РЕЧНОГО СУДНА.
4.1. Примеры поведения судна при ручном и различных алгоритмах автоматического управления
4.2. Построение линий равных уровней показателей качества процесса управления при разных состояниях внешней среды
4.3. Алгоритм изменения коэффициентов закона управления
при изменении показателей качества управления.
Заключение
Список литературы


Все рассматриваемые вопросы порождены актуальной прикладной задачей - стабилизация судна на траектории. Проблема управления движением судна так же усугубляется тем, что из-за роста грузоподъемности водного транспорта растет класс судов, неустойчивых на заданном направлении, то есть при не переложенном руле судно уходит на правостороннюю или левостороннюю циркуляцию. Управление- такими судами требует непрерывной* перекладки управляющего органа. Скорости движения таких судов (при одинаковых энергетических затратах) уменьшаются, а расход энергии растет []. При использовании авторулевого с постоянными коэффициентами эта величина может значительно увеличиваться. Проведенный анализ показывает, что адаптация коэффициентов авторулевого необходима. Однако использование для этой цели информации с математической модели судна требует адаптации коэффициентов модели. А эта задача трудно реализуемая. Поэтому возникает задача параметрической адаптации ПД-алгоритма управления к изменяющимся внешним условиям без использования математической модели судна на основании информации о текущих значениях показателей качества управления. Цель и задачи диссертационной работы. Объектом исследования является система «судно-авторулевой». Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования, численные методы. Расчеты проводились, на ПК, использовались как стандартные пакеты программ, так и программы собственной разработки. Реализации. Результаты исследований внедрены в учебный процесс Волжской государственной академии водного транспорта. Апробация работы. Транспорт XXI век» (г. XXXIV Всероссийской конференции «Управление движением морскими судами и специальными аппаратами», ИПУ РАН им. В.А. Трапезникова (п. VII Международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» СРО’ (г. Москва, г. Международном научно-промышленном форуме «Великие реки’/1СЕР» (г. XXXVI Всероссийской конференции «Управление движением кораблями и специальными аппаратами», ИПУ РАН им. В.А. Трапезникова (г. Международном научно-промышленном форуме «Великие реки' » (г. Н.Новгород, г. Межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» (г. Санкт-Петербург, г. IX Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» (г. Н.Новгород, г. Публикации. Основное содержание диссертации отражено в печатных работах. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, содержит страниц текста, рисунок, список литературы из 7 наименований. В первой главе обосновывается выбор математической модели судна для разработки алгоритма изменения коэффициентов закона управления и определяется диапазон изменения коэффициентов математической модели судна при изменении состояния внешней среды. В связи с тем, что наиболее значительное изменение статических и динамических характеристик судна происходит на мелкой воде, а моделировать мелководье вводом возмущающего воздействия в дифференциальные уравнения практически невозможно, в главе проверяется возможность моделировать изменение характеристик изменением коэффициентов модели. Это позволит использовать модель с переменными коэффициентами для отладки адаптивного алгоритма управления движением судна. Во второй главе показано, что модель, предложенная Перши-цем Р. Я., при изменении ее коэффициентов меняет статические и динамические характеристики, аналогично тому, как внешняя среда меняет характеристики судна. В третьей главе проводится анализ частных и обобщенных показателей качества процесса управления движением судна авторулевым с постоянными и оптимальными, настраиваемыми вручную для каждой среды, коэффициентами Кі, К2. В четвертой главе представлен алгоритм изменения коэффициентов закона управления, реализованный в авторулевом, по оценкам текущих значений обобщенных показателей качества управления. Предварительно был проведен анализ пространства параметров авторулевого К| и К2. На плоскости параметров были построены линии равных уровней показателя $2.