Система управления движением судна по курсу
Введение
Расширение масштабов различных океанологических исследований на земле и бурное развитие современной вычислительной техники нас привели к созданию морских подвижных объектов (МПО).
Создание новых и улучшение существующих МПО все еще продолжают оставаться очень важным направлением морской деятельности развитых стран земного шара. Это так же связано с приближением современных технологий и различных способов применения существующих аппаратов к предельным режимам, истощением ресурсов, возрастанием требований к функциональным возможностям. Тенденция, наблюдаемая в авиационной отрасли (широкое применение беспилотных летательных аппаратов), в полной мере просматриваются и в морской среде, где всё чаще применяются МПО для исключения человеческого фактора из опасных сфер деятельности и расширения функциональных возможностей аппарата.
СОДЕРЖАНИЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 8
Введение 9
1 ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ МОРСКИХ СУДОВ 11
1.1 Выбор системы координат для морского подвижного объекта 11
1.2 Упрощенная математическая модель системы управления судном по курсу 12
1.3 Примеры реализуемых датчиков в системе управления 15
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ СУДНА ПО КУРСУ 18
2.1 Формирование математической модели 21
2.2 Принцип работы оптимального управления 22
2.3 Рулевой привод и его описание 25
2.4 Внешние воздействия на объект управления 26
3 РАСЧЕТ И ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРИ РАЗЛИЧ-НЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ 31
3.1 Расчет параметров оптимального регулятора, резлутаты работы 31
3.2 Влияние рулевого привода на систему управления судном 35
3.3 Влияние внешних возмущений на систему управления судном 38
4 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 44
4.1 Соответствие требованиям ГОСТ Р ИСО 9241-100 44
4.2 Программное обеспечение Matlab: удобство и применимость 45
4.3 Эргономичность программы Matlab/Simulink 46
Заключение 50
Список использованных источников 51
Приложение А. Программа для определения коэффициентов оптимального регулятора 52
Приложение Б. Параметры для расчета кинематических пара-метров судна 53
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Международная морская организация ИМО // Статья на портале «min-trans» [Электронный ресурс].URL: https://mintrans.gov.ru/activities/69/78 (дата обращения 01.05)
2. Лукомский Ю.А., Корчанов В.М. Управление морскими подвижными объектами: Учебник. - СПБ.: Элмор, 1996. 320 с.
3. Березин С.Я., Тетюев Б.А. Системы автоматического управления дви-жением судна по курсу. – Л.: Судостроение, 1990, – 256 с.
4. Лукомский Ю.А., Пешехонов В.Г., Скороходов Д.А. Навигация и управление движением судов. Учебник. - СПб.: “ Элмор”, 2002. - 360 с.
5. Тетюев А. В. Новые международные требования к системам автомати-ческого управления судном по курсу и тра¬ектории // Гироскопия и навигация. 1997. № 2. С. 53-56.
6. Нгуен Вьет Чунг. Синтез нечетких регуляторов для управления техни-чески-ми объектами и с ограниченной неопределенностью/Автореферат. СПб.ЛЭТИ. 2006
7. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. М.: ВШ. 1989.
8. Эргономика // Статья на портале «cntd» [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200097753 (дата обращения 11.05)
Взаимосвязь между переменными состояния линейной модели движения рыскания изображена на рисунке 2.2.
Рис.2.2 - Структурная схема линейной модели рыскания судна
Приведенная упрощенная линейная модель рыскания судна, будет использоваться в дальнейшей разработке системы управления движением судна по курсу.
Движение морского судна (МС) как твердого тела можно рассматривать как состоящее из движения центра масс и движения вокруг центра масс. Мгновенные значения скоростей движения твердого тела подчиняются теоремам об изменении количества движения и момента количества движения и представляются соответствующими векторными дифференциальными уравнениями, из которых на основе теоретической механики можно получить уравнения движения МС.