Введение 3
Постановка задачи 5
Обзор литературы 7
Глава 1. Математические модели в задаче динамического позиционирования морских судов 9
1.1. Математическая модель морского судна 9
1.2. Математические модели внешнего возмущения и волнения 11
Глава 2. Синтез законов управления процессом позиционирования 13
2.1. Подход, основанный на оценке вектора внешних возмущений 13
2.2. Динамическая коррекция закона управления 14
Глава 3. Частотные особенности систем управления 16
3.1. Передаточные матрицы линейных стационарных систем 16
3.2. Линеаризация уравнений движения 17
3.3. Построение амплитудно-частотных характеристик в среде MATLAB 18
Глава 4. Компьютерная модель системы управления 20
4.1. Структура компьютерных моделей динамических систем 20
4.2. Реализация компонентов компьютерной модели 23
Глава 5. Результаты имитационного моделирования 27
5.1. Параметры математической модели надводного судна и законов управления 27
5.2. Сравнение амплитудно-частотных характеристик для различных законов управления 29
5.3. Анализ качества функционирования систем управления 32
Выводы 37
Заключение 38
Список литературы 39
Приложение 41
Система динамического позиционирования (ДП) - это комплекс аппаратного и программного обеспечения, предназначенного для перевода морского судна в желаемое положение на горизонтальной плоскости и для последующего удержания его в этом положении.
Этот комплекс включает в себя измерительные и исполнительные устройства, а также центральный бортовой компьютер, реализующий обработку поступающей информации по заданному алгоритму (закону управления) с выработкой управляющих сигналов, подаваемых на приводы.
Существенной особенностью системы является то, что удержание судна в заданном положении должно осуществляться исключительно с помощью исполнительных органов, находящихся на борту. В качестве таковых выступают основные движители, подруливающие устройства, рулевые колонки Арнессона и т.д. Это позволяет эксплуатировать систему при работе судна в акваториях, имеющих большую глубину.
Заметим, что применение системы ДП не является единственным способом удержания судна в заданном положении: в частности, может быть применена система якорей. Однако такой подход, хоть он и хорошо решает поставленную задачу, но не всегда применим. Во-первых, такая технология не реализуема в морских районах с большими глубинами. Во-вторых, смена желаемого положения занимает больше времени и более сложна, чем для системы ДП.
На практике, система динамического позиционирования не может обеспечить полностью неподвижное положение судна. Причиной этому являются как различные внешние возмущения, например, ветер, течения и волнения, так и конечная точность измерительных устройств. В то же время, операции, использующие динамическое позиционирование, требуют высокой точности стабилизации судна. Выход за пределы допустимых ограничений может привести к сбоям или даже авариям во время исполнения операций. Это, в свою очередь может повлечь за собой серьезные экономические и экологические проблемы.
Задача ДП для морских надводных объектов является одной из важных проблем современного судоходства. Количество судов, которые используют системы динамического позиционирования, увеличивается в последние годы из-за повышенного интереса к разведке природных ресурсов в мировом океане. Наряду с этим, существует еще множество других направлений, в рамках которых применяется системы динамического позиционирования. К ним относятся обеспечение водолазных работ, укладка подводных труб и кабелей, транспортное снабжение, исследовательские задачи и т.д.
В ходе выполнения проведенных исследований получены следующие основные результаты, которые выносятся на защиту.
1. Построена математическая модель динамики судна в процессе его динамического позиционирования и рассмотрены два варианта законов автоматического управления, стабилизирующих судно.
2. Создан компьютерный имитационный моделирующий комплекс, позволяющий проводить вычислительные эксперименты для анализа частотных особенностей различных систем управления.
3. Для конкретного судна, управляемого в режиме динамического позиционирования, проведен сравнительный анализ двух вариантов систем управления с фильтрующими свойствами и сделаны выводы об их преимуществах и недостатках.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
