Введение 3
Постановка задачи 5
Обзор литературы 7
Глава 1. Многоцелевое управление с прогнозом 9
Глава 2. Оптимизация функционала качества в задаче управления с
прогнозом 13
2.1. Дифференцируемость целевого функционала 13
2.2. Выбор метода оптимизации 17
Глава 3. Математическая модель морского судна 19
Глава 4. Имитационное моделирование движения морского судна 21
4.1. Компьютерная модель морского судна 21
4.2. Сравнение методов вычисления градиента 23
4.3. Анализ качества функционирования системы управления 24
Выводы 27
Заключение 28
Список литературы 29
Приложение 31
Система динамического позиционирования морского судна - это комплекс аппаратного и программного обеспечения, который обеспечивает перевод судна в желаемое положение на горизонтальной плоскости с последующей стабилизацией. Она включает в себя ряд компонентов:
• информационно-измерительные системы;
• движительно-рулевой комплекс;
• центральный бортовой компьютер.
Важным требованием к системе динамического позиционирования является возможность удержания судна в желаемом положении посредствам лишь движительно-рулевого комплекса. Этот комплекс обычно включает в себя стабилизирующие движители, подруливающие устройства, рулевые колонки Арнессона и т.д.
Традиционный метод стабилизации судна заключается в использовании якорных систем позиционирования. Однако этот способ имеет ряд недостатков. Во-первых, этот вариант может использоваться только в неглубоких водоемах (до 500 метров). Во-вторых, в этом случае смена желаемого положения является весьма трудозатратой операцией. Системы динамического позиционирования лишены этих недостатков.
Удержание судна в желаемом положении осложняется различными возмущениями, такими как ветер, морское волнение, течения, которые действуют на судно. Система динамического позиционирования должна успешно идентифицировать эти возмущения и производить их компенсацию, иначе это приведет к существенному отклонению судна от желаемого положения. В результате могут возникать сбои или даже аварии во время проведения работ. Это, в свою очередь влечет за собой серьезные экономические и экологические проблемы.
Существует множество направлений, которые требуют поддержки судном динамического позиционирования. Это разведка и добыча природных ресурсов, обеспечение водолазных работ, поддержка процессов возведения и ремонта элементов подводной инфраструктуры, научно-исследовательские работы и множество других приложений.
В ходе выполнения проведенных исследований получены следующие основные результаты, которые выносятся на защиту.
1. Построена математическая модель динамики судна и рассмотрен алгоритм управления с прогнозом в задаче динамического позиционирования.
2. Рассмотрен алгоритм вычисления градиента функционала качества в задаче управления с прогнозом и выбран эффективный метод оптимизации.
3. Разработан компьютерный имитационный моделирующий комплекс, в котором реализован выбранный численный метод оптимизации функционала качества.
4. Для конкретного судна, управляемого в режиме динамического позиционирования, проведен анализ алгоритма управления с прогнозом и сделаны выводы о его преимуществах и недостатках.
