Введение 3
Обзор литературы 5
Постановка задачи 6
Глава 1. Математические модели судна и экранного изображения 7
1.1. Математическая модель судна 7
1.2. Математическая модель изображения 8
Глава 2. Управление процессом динамического позиционирования с использованием визуальной информации 13
2.1. Общая схема построения модели 13
2.2. Уравнения динамики судна 15
2.3. Уравнения динамики экранного изображения 16
2.4. Построение регулятора изображения 18
2.5. Построение регулятора судна 19
Глава 3. Имитационное моделирование в среде Simulink 21
3.1. Модель 21
3.2. Результаты 23
3.2.1. Регулятор изображения 25
3.2.2. Регулятор судна 26
3.2.3. Общая модель 28
Выводы 31
Заключение 32
Список использованной литературы 33
Приложение 34
Система динамического позиционирования (далее ДП) - это комплекс аппаратного и программного обеспечения, предназначенного для перевода морского судна в желаемое положение на горизонтальной плоскости и последующего удержания его в этом положении. При этом используются лишь судовые движители и средства активного управления, вследствие чего якоря или швартовые концы отходят на второй план. Также важно отметить, что в процессе ДП обязательно используется информация от каких-либо систем ориентации судна, которые могут работать на разных физических принципах. Как пример можно привести гидроакустические, радиоволновые, спутниковые, электромеханические, оптические и лазерно-оптические системы. Таким образом, систему ДП следует рассматривать как автоматический комплекс замкнутого цикла.
В данной работе рассматривается процесс математического моделирования ДП судна, где в качестве основного источника информации выступает изображение, получаемое с камеры, которая установлена на судне. С помощью этого изображения предполагается обеспечение некоторой траектории, по которой судно сможет подплыть на заданное расстояние к некоторому предмету, плавающему в море, и остановиться возле него. В качестве итога данной работы можно рассматривать результаты имитационного моделирования в среде Simulink, которые основаны на выведенных в ходе работы математических моделях. Также следует отметить, что в ходе исследования, с целью упрощения задачи, пренебрегаются внешние возмущения, действующие на судно и камеру.
Данная задача является достаточно актуальной в наши дни, так как большинство систем ДП в качестве источников внешней информации используют датчики, которые позволяют получать информацию в довольно маленьком радиусе относительно их положения. Если же в качестве источника используется камера, то этот радиус становится заметно больше. При этом важно отметить, что для достоверной информации нужно довольно большое количество традиционных датчиков, поэтому использование камер, которых нужно значительно меньше, позволяет экономить ресурсы. Однако стоит отметить, что полностью избавиться от тех или иных датчиков не представляется возможным, так как камера находится исключительно над поверхностью судна и является более уязвимым устройством. Также сама задача ДП является важной проблемой современного судоходства, так как все больше судов используют системы ДП с целью разведки природных ресурсов в мировом океане.
В ходе работы был рассмотрен процесс моделирования динамического позиционирования судна с использованием камеры, установленной на судне. Полученная система соответствует условиям поставленной задачи. Результаты получились вполне удовлетворительные. Таким образом, можно сделать вывод, что благодаря камере действительно можно контролировать процессы перемещения судна и достижения судном заданной цели.
Следует отметить, что данной работе не учитывались внешние возмущения, действующие как на судно, как так и на камеру, так как это в некоторой степени усложняет процесс стабилизации изображения. Этот аспект можно рассмотреть в отдельных исследованиях.
