Cистема управления движением судна по курсу
Введение
Расширение масштабов различных океанологических исследований на земле и очень активное развитие новейших вычислительных машин нас непосредственно подтокнули к созданию морских подвижных объектов (МПО).
Создание каких-либо новых и улучшение существующих МПО все еще продолжают все еще оставаться очень необходимым направлением морской деятельности всего земного шара. Поскольку, развитие идет очень активно, соответственно, возрастают требования, предъявляемые к аппаратам . Сопоставляя две отрасли авиационную (развитие различных видов беспилотных аппаратов) и морскую (автономные подлодки) наблюдается тенденция на развитие технологий из опасных сфер, где исключается человеческий фактор. В морской среде – это морской подвижный объект.
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
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Международная морская организация ИМО // Статья на портале «topuch.ru» [Электронный ресурс]. URL: https://topuch.ru/deyatelenoste-mejdunarodnoj-morskoj-organizacii-imo-po-zashite/index.html (дата обра-щения 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. Синтез нечетких регуляторов для систем управления техническими объектами с ограниченной неопределенностью // Статья на открытом портале «dslib.net».. [Электронный ресурс]. URL: http://www.dslib.net/sys-analiz/sintez-nechetkih-reguljatorov-dlja-sistem-upravlenija-tehnicheskimi-obektami-s.html (дата обращения 9.05.22)
7. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. М.: ВШ. 1989.
8. Эргономика // Статья на портале «cntd» [Электронный ресурс]. URL: https://allgosts.ru/13/180/gost_r_iso_9241-110-2009 (дата обращения 11.05)
9. Синтез нечетких регуляторов для систем управления техническими объектами с ограниченной неопределенностью // Статья на открытом портале «tekhnosfera.com». [Электронный ресурс]. URL: https://tekhnosfera.com/sintez-nechetkih-regulyatorov-dlya-sistem-upravleniya-tehnicheskimi-obektami-s-ogranichennoy-neopredelennostyu (дата обращения 10.05.22)
10. Алгоритм настройки и оценки параметров системы управления судна // Статья на открытом портале «docplayer.com». [Электронный ресурс]. URL: https://docplayer.com/112007105-Algoritm-ocenki-i-nastroyki-parametrov-sistemy-upravleniya-kursom-sudna.html (дата обращения 10.05.22)
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 МПО.
Уравнения движения МПО целесообразно записывать в связанной системе координат. Начало связанной системы координат движется с линейной скоростью, а оси поворачиваются относительно начала с угловой скоростью. Нормальная форма системы нелинейных дифференциальных уравнений пространственного движения морского судна может быть представлена в векторно–матричной форме: