ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ РЕЧНЫХ СУДОВ
Аннотация
В статье рассмотрены вопросы управления движением речных судов. Выполнен анализ структур автоматических систем управления движением судном (СУДС). Показаны основные задачи, требующие решения для организации режимов управления. Для задачи оптимального управления представлено общее решение, определяющее минимум взвешенной суммы среднеквадратичной ошибки и управляющих сигналов СУДС. Показано, что наиболее важной является модель рыскания судна, в которой вектор состояния включает три переменных параметра: угол рыскания, угловую скорость рыскания, угол дрейфа. Представлено общее решение связанных между собой задач комплексирования различных измерительных системи выработки необходимых сигналов управления судном в условиях ветровых и волновых возмущений. Установлено, что появление каких-либо дополнительных источников информации о положении судна, а также использование разнообразных подруливающих устройств не приводит к изменению основных математических соотношений, а основные формулы могут быть записаны для решения задачи оптимального управления в дискретном времени, соответствующей современным способам сбора и переработки информации с помощью бортового вычислителя. Показана возможность создания автоматических СУДС, которые предназначены не только для обеспечения курса судна, но и для динамического позиционирования при наличии значительных ветровых и волновых возмущений. Представлено, что в СУДС с обратной связью входят: объект управления (судно), датчики кинематических параметров движения и управляющих воздействий, локальная система управления исполнительными органами, системы извлечения информации с матрицами ошибок о компонентах вектора состояния, включающие судовую радиолокационную станцию, гирокомпас, гидроакустическую станцию, индикаторы приема спутниковой навигационной системы и радионавигационных систем, система отображения информации и вычислительное устройство, образующие вместе с органами ручного управления пульт управления движением. Установлено, что состояние судна меняется под воздействием внешних ветровых и волновых возмущений и управляющих воздействий, обеспечивающих движение. Показано, что вычислительные устройства осуществляет решение следующих задач: оценка вектора состояния, в который входят кинематические параметры соответствующего режима управления на основе наблюдения наиболее информативных для данного движения компонент векторов; формирование управляющих сигналов с учетом оценок состояния и состояния судна, исходя из требования максимизации показателя качества работы СУДС.
Ключевые слова
управление движением, оптимизация, судно, ветровые и волновые возмущения, бортовой вычислитель
Читать полный текст статьи: PDF
Список литературы
Соляков О. В. Использование современных глобальных навигационных спутниковых систем и их функциональных дополнений на внутренних водных путях: монография / О. В. Соляков. - М.: ФГБОУ ВО «МГАВТ», 2016. - 176 с.
Румянцев А. Ю. Оптимальное управление в системах электродвижения судов по критерию минимума потерь / А. Ю. Румянцев, В. Ф. Самосейко, Н. В. Белоусова // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2016. - № 6 (40). - С. 206-213. DOI: 10.21821/2309-5180-2016-8-6-206-213.
Сахаров В. В. Алгоритм энергоэффективного управления курсом судна / В. В. Сахаров, А. Г. Таранин, А. А. Чертков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2013. - № 3 (22). - С. 38-46.
Korn A. G. Mathematical handbook for scientists and engineers: definitions, theorems, and formulas for reference and review / А. G. Korn, T. M. Korn. - N.-Y.: Dover Publications, Inc., 2000. - 1130 p.
Gao S. Real-time traveler information for optimal adaptive routing in stochastic time-dependent networks / S. Gao, H. Huang // Transportation Research Part C: Emerging Technologies. - 2012. - Vol. 21. - Is. 1. - Pp. 196-213. DOI: 10.1016/j.trc.2011.09.007.
Лебедева М. П. Методика оценки безопасного движения судов в стесненной акватории / М. П. Лебедева, С. Д. Айзинов, А. О. Лебедев // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2017. - Т. 9. - № 1. - С. 111-120. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-1-111-120.
Студеникин Д. Е. Применение систем принятия решений для выбора параметров маневра судна / Д. Е. Студеникин, А. А. Григорян, Н. А. Маковецкая // Эксплуатация морского транспорта. - 2015. - № 4. - С. 58-62.
Мироненко А. А. Модель программного движения судна в стесненных водах / А. А. Мироненко // Мехатроника, автоматизация, управление. - 2013. - № 2. - С. 65-70.
Weng J. Ship collision frequency estimation in port fairways: a case study / J. Weng, S. Xue // The Journal of Navigation. - 2015. - Vol. 68. - Is. 3. - Pp. 602-618. DOI: 10.1017/S0373463314000885.
Гриняк В. М. Оценка и представление параметров безопасного движения судна / В. М. Гриняк, М. В. Трофимов, В. И. Люлько // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2016. - № 4 (38). - С. 51-61. DOI: 10.21821/2309-5180-2016-8-4-51-61.
Burmeister H. C. Interaction of Harsh Weather Operation and Collision Avoidance in Autonomous Navigation / H. C. Burmeister, W. C. Bruhn, L. Walthe // TransNav: International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation. - 2015. - Vol. 9. - Nr. 1. - Pp. 31-40. DOI: 10.12716/1001.09.01.04.
Benedict K. Simulation Augmented Manoeuvring Design and Monitoring - a New Method for Advanced Ship Handling / K. Benedict, M. Kirchhoff, M. Gluch, S. Fischer, M. Schaub // TransNav: International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation. - 2014. - Vol. 8. - Nr 1. - Pp. 131-141. DOI: 10.12716/1001.08.01.15.
Baldauf M. Energy-efficient Ship Operation - Training Requirements and Challenges / M. Baldauf, R. Baumler, A. Olcer, T. Nakazawa, K. Benedict, S. Fischer, M. Schaub // TransNav: International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation. - 2013. - Vol. 7. - Nr 2. - Pp. 283-290. DOI: 10.12716/1001.07.02.16.
Masjed-Jamei M. Unified error bounds for all Newton-Cotes quadrature rules / M. Masjed-Jamei // Journal of Numerical Mathematics. - 2015. - Vol. 23. - Is. 1. - Pp. 67-80. DOI: 10.1515/jnma-2015-0006.
Об авторах
Соляков Олег Владимирович - кандидат технических наук, доцент
ФГБОУ ВО «Российский университет транспорта (МИИТ)»Потемкин Андрей Александрович - аспирант
ФГБОУ ВО «Российский университет транспорта (МИИТ)»Першин Никита Вячеславович - инспектор
Публичное акционерное общество «Газпром»
