Введение к работе
, -Лїїіі
гдол Аугуальность. работы. В настоящее время с целью улучшить |^й&0 ' судовождения наблюдается повсеместное стремление применять цифровые вычислительные машины для автоматического управления движением водоизмещающих судов . К параметрам", определяющим качество управления, относятся точность удержания судна на заданном курсе, на линии заданного пути,- точность при маневрировании и другие. Система 'автоматического управления движением судна должна решать комплекс задач:
стабилизации;и изменения курса;
комплексной обработки навигационной информации (КОНИ);
- управления движением судна по линии заданного пути.
Для геолого-разведочных судов этот список расширяется задачей
удерживания в точке с заданными географическими координатами при помощи активных средств .управления. .
Одним из способоз повышения качества управления является увеличение точностей , исходных датчиков с расширением их . количества.' Это дает возможность применять классические призмы теории автоматического управления для синтеза- рэгулятгров (например .работы Р.Рейда, К.Острэма. Л.Лыонга>. В этом случго повышение качества управления достигается ценой усложнения алгоритмов и удорожания системы. Поэтому актуальным является стремление не удорожать и усложнять систему, а'достигать-'требуемых точностей при." минимальном наборе датчиков, присутствующих на любом судне: относительный однокомпонентний лаг, гирокомпас, датчик скорости-и направления ветра, радионавигационный измеритель местоположения (МП).
В настоящее время распространев'подход,. при . котором система автоматического управления, движением судна строится как ' простое сложение задач, решаемых системой, без рассмотрения и учета взаимовлияния этих функциональных модулей. С целью повышения качества работы системы управления за счет учета взаимосвязи между отдельными динамическими, звеньями,' задачу синтеза системы необходимо решать как задачу синтеза многосвязного регулятора. Классический подход приводит к .увеличению' "размерности решаемой задачи, к. сложностям выбора критерия качества управления, необходимым' для синтеза закона' управления ". Хальцотэр Т. , Якушенков'-А.А..'.-
Поэтому актуальным становится йзучекш и исследование единого подхода к построэнию системы управления движением судна, исходя из принципов подчиненности- управления..
Повышение требования. к точности управления движением прк минимальной информации о текущэм состоянии судна требует разработки и исследования новых подходов к решению . задач синтезг регуляторов движения. Одно из актуальных направлений развита* .методов теорли управления и обработки информации связано с приме -кением рсбастного подхода. Существенное влияние на качество упра -вления движением судка оказывают внешние возмущения, носящие нестг ционарньа характер. Поэтому суть робастнсго подхода состоит в том чтобы построить законы управления (3 У) и алгоритмы обработки ин -формации которые , во-первых, компенсируют возмущения .во-вторых уменьшают значение функции чувствительности в полосе часто-доминирующих внешних возмущений, сохраняя 'при этом значение критерия управления близким к оптимальному. Научное направление соответствующее такому подходу, развивалось в работах Е.Н. Розен вассера, А.А.Первоззанского, Я.З.Пыпкина, А.С.Позняка, Л.Льюяга Б.Я. Катковника, В.Е. Хейсиыа, С. Джонсона. Актуальным являете применение методов этого научного направления к решению, зада синтеза систем управления движением судна.
Целью диссертационной работы является разработка исследование новых подходив к синтезу цифровых законов управленії движением судна с помощью руля и подруливающих устройств отличающихся повышенной.точностью при использовании минимальпог набора информационных датчиков.
Методы исследования. При решении поставленной задач использовались методы теории оптимального управления и обработт сигналов, теории случайных процессов, вычисли .тельной матомэтим Моделирование и' практическая реализация алгоритмов на микро-Э потребовали использования методов программирования.
Научная новизна результатов, полученных б работе, состоит следующем:
- разработан новый метод синтеза регулятора кур а, основанш
на минимизации функции чувствительности в полосе часті
доминирующих внешних возмущений;
- разработан новый метод сшгхеза регулятора управлені
движением судна по линии заданного пути, согласно которому судне представлено как исполнительный орган, который управляет движением центра масс судна;
разработан и исследован алгоритм оценивания продольной и поперечной скоростей судна с помощью нелинейных моделей движения;
разработан и исследован адаптивный алгоритм комплексной обработки навигационной информации (КОНИ), в котором модель ошибки счисления рассматривается как линейный дрейф с оптижизацией длины интервала осреднения.
Практическая цс-яность и внедрение результатов работы. Разработанные в диссертации методы синтеза регуляторов, обладающих низкой чувствительностью к изменению спектра внешних возмущений, являются теоретической и методической основой для проектирования цифровых систрч автоматического управления движением судна.
Практическая ценность методов подтверждается решением ряда прикладных задач, выполненных при непосредственном участии автора:
- разработана, создана и испытана в океане автоматическая
система нагигацки и управления (АСНУ) для научно-исследовательских
СУДОВ: .
на базе АСНУ создана и внедрена на судах Министерствт геологии СССР автоматическая система управления' движением судна (АСУДС) как с помощью руля, так и активных средств управления 'для обеспечения морских геолого-геофизических работ в океано;
разработана и внедряется' на транпортных судах АСУДС для обеспечения наиболее экономичного хода На переходах.
Исследования автора выполнялись в рамках совместного решения Министерства судостроительной . промышленности и Министерства геологии СССР К СП-31'1228 от 07.08.85. Копии актов о внедрении и испытаниях приведены в приложении к диссертации.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладовались на vi Всесоюзном совещании "Автоматизация процессов . управления техническими средствами исследования Мирового океана" -'Одесса 1987г./-. 5 Ленинградском симпозиуме по теории адаптивных систем "Адаптивные и экспертные системы в управлении". ^Ленинград 1991г./, на научных конференциях ПГО "Севморгеология" в 1983-90гг.; на семинэрэ кафедры "Механика и процессы управления" ЛГТУ 'в 1990г.
Публикации.. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.
' ,3
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, списка обозначений, четырех глав, списка литературы и прклонениа. Работа изложена на 190 листах машинописного текста, иллюстрирована рисунками.
На защиту выносятся:
1. Метод синтеза регулятора курса, основанный на минимизации
Функции чувствительности в полосо 'частот доминирущих внешних
возмущений и ио"ученные на основе этого метода:
- регулятор управления курсом>судна с помощью руля;
- регулятор управления курсом судна с почощью активных
средств управления.
2. Метод синтеза регулятора управления движением судна,
согласно которому судно представлено как исполнительный орган,
который управляет движением цеїлра масс судна, и полученные на
оснсве этого метода:
регулятор управления движением судна относительно заданной траектории:
регулятор управления движением судна относительно заданной точки позиционирования.
-
Адаптивный алгоритм комплексной обработки навигационной информации, в котором модель ошйси счисления представляется как модель личзвного дрейфа с послэдувшей оптимизацией (в реальном масштабе времени) длины интервала.
-
Алгоритм оценивания продольной и' поперечных скоростей судна с помощью нелинейных моделей движения.
