Politechnika Gdańska Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa St. inż. I stopnia, sem. IV, specjalności okrętowe Podstawy Automatyzacji Okrętu 1 WPROWADZENIE M. H. Ghaemi Luty 2018 Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 1
Oceanotechnika, specjalności okrętowe: BOJ/MSU Semestr 2-2017/18 Literatura: 1. Domachowski Z., Ghaemi M. H., Okrętowe układy automatyki, Wydaw. PG, 2007. 2. Fossen T. I., Marine Control Systems, Marine Cybernetics AS, 2002. 3. Balicki, Jerzy ; Małecki, Józef ; Żak, Bogdan, Automatyka okrętowa, Akademia Marynarki Wojennej im. Bohaterów Westerplatte, Gdynia, 1999. 4. Fossen T. I., Guidance and Control of Ocean Vehicles. John Wiley and Sons, 1994. 5. Lisowski J.,Statek jako obiekt sterowania automatycznego. Wydawnictwo Morskie, 1981. 6. Sołdek J., Automatyzacja statków. Wydawnictwo Morskie, Gdańsk 1985. Zasady zaliczenia: Pisemne sprawdzian (kolokwium): 100 pkt. Obecność oraz aktywność: 5 pkt. Suma: 105 pkt. Ocena = 'suma pkt.'/20, przy minimum: 56 pkt. Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 2
Terminy: Sesja Termin Podst., termin zerowy Czwartek, 14.06.2018 r., sala 410, godz. 12:15 Podstawowa Czwartek, 22.06.2018 r., sala 410, godz. 09.00 Poprawkowa Wtorek, 11.09.2018 r., sala 410, godz. 10.00 Konsultacje: wtorek: 12:15-13:00, czwartek: 14:15-15:00 pok. 222A, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa PG e-mail: ghaemi@pg.edu.pl Tel.: 58 348 6053 Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 3
Karta przedmiotu: https://moja.pg.edu.pl l Katalog ECTS PG: https://ects.pg.edu.pl Strona domowa: www.pg.gda.pl/~ghaemi Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 4
1. Wprowadzenie 2. Model matematyczny ruchu statku 3. Zakłócenia w ruchu statku 4. Stateczność ruchu statku 5. Sterowanie kursu statku 6. Sterowanie kursu statku w czasie manewrów 7. Sterowanie trajektorii statku 8. Układ stabilizacji kołysań bocznych statku 9. Sterowanie prędkości liniowej statku 10. Wprowadzenie do automatyzacji siłowni statku 11. Identyfikacja statku jako obiektu sterowania 12. Zastosowanie sieci neuronowych i teorii zbiorów rozmytych w układzie sterowania statku Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 9
1. Wprowadzenie Okrętowe układy automatyki Modelowanie ruchu i zakłócenia ruchu statku Stateczność ruchu statku Pływalność statku Sterowanie kursu statku Sterowanie zmiany kursu statku (sterowanie w czasie manewrów) Sterowanie trajektorii Stabilizacja kołysań bocznych statku Sterowanie prędkości liniowej statku Sterowanie głębokości pływania i pozycji pojazdów podwodnych Systemy pozycjonowania dynamicznego Sterowanie procesu cumowania statku Regulacja poziomu drgań i hałasu (w szczególności dla jednostek szybkich) Systemy zarządzania energią i mocą Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 10
1. Wprowadzenie Okrętowe układy automatyki Modelowanie ruchu i zakłócenia ruchu statku Stateczność ruchu statku Pływalność statku Sterowanie kursu statku Sterowanie zmiany kursu statku (sterowanie w czasie manewrów) Sterowanie trajektorii Stabilizacja kołysań bocznych statku Sterowanie prędkości liniowej statku Sterowanie głębokości pływania i pozycji pojazdów podwodnych Systemy pozycjonowania dynamicznego Sterowanie procesu cumowania statku Regulacja poziomu drgań i hałasu (w szczególności dla jednostek szybkich) Systemy zarządzania energią i mocą Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 11
Powiązane elementy Sterowanie Nawigacja Monitorowanie Rejestracja, filtracja, zapisywanie, analiza oraz zarządzanie danych Komunikacja Alarmy Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 12
Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 13
RAdio Detection And Ranging Automatic Radar Plotting Aid Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 14
Schemat strukturalny zintegrowanego układu nawigacyjnego statku Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 15
Modelowanie ruchu statku Parametry projektowe statku Zakłócenia Synteza układu sterowania Wymagania i zalecenia Ograniczenia Analiza układu sterowania Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 16
Przykłady uzasadniające zastosowania okrętowych układów sterowania Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 17
Nawigacja Sterowanie 1.1 Zadania i warunki sterowania ruchu statku Zadania: 1. Optymalizacja trajektorii, ze względu na: - czas ruchu, - całkowite zużycie (koszt) paliwa. 2. Stabilizacja bocznych kołysań statku Wymaga to odpowiedniego sterowania: - kursu, - napędu, - przechyłów (kołysań) bocznych optymalizacja trajektorii stabilizacja kołysań bocznych przy zachowaniu kryterium nadrzędnego w postaci bezpieczeństwa załogi, pasażerów i ładunku. Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 22
Zakłócenia: np. wiatr, fale i prądy Ograniczenia: 1. Nawigacyjne (cieśniny, kanały, redy portów, tory wodne o ograniczonej głębokości, itp.) 2. Kolizyjne (sytuacja mijania się z mniejszą lub większą liczbę obiektów stałych lub ruchomych) 3. Ekologiczne (stężenie zawartości w spalinach tlenków siarki, azotu, węgla, piły, itp.) 4. Konstrukcyjne (maksymalne osiągalne wychylenie steru i maksymalna szybkości ruchu steru, maksymalna moc napędu statku, itp.) Bezpieczeństwo (naprężenia w kadłubie statku i w układzie napędowym, przechyły boczne i poziomowe, itp.) Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 23
Zadanie optymalizacyjne ruchu statku: min n, J ( z, u) min n, J J ( z, u) min n, min n J n ( z, u) min J ( z, u) 1. Minimalizację kosztu związanego z czasem ruchu statku (kryterium jakości sterowania kursu statku), 2. Minimalizację całkowitego kosztu paliwa (kryterium jakości sterowania napędu statku). Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 28
1.2 Struktura układu sterowania ruchu statku d OPTYMALIZACJA STEROWANIA min min J n min J min J ( z, u) min ( z, u) nz n z J Rn R STEROWANIE BEZPOŚREDNIE M S n h S z Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 29
1.3 Przyczyny i skutki nieoptymalnego sterowania ruchu statku Nieliniowość Adaptacja Skutki: 1. Wydłużenie drogi statku z powodu tzw. myszkowania, 2. Dodatkowy opór kadłuba wywołany jego położeniem niestycznym do trajektorii ruchu statku, 3. Dodatkowy opór wywołany wychyleniem steru. Żądana trajektoria Procedura optymalizacji sterowania ruchu statku: 1. Określenie charakterystyk statycznych i dynamicznych statku (tworzenie modelu matematycznego obiektu sterowania), 2. Informacje dot. zakłóceń 3. Znajomość ograniczeń 4. Dobór struktury i nastawień regulatora kursu oraz regulatora napędu 5. Określenie algorytmów sterowania i dobór urządzeń wykonawczych Wpływ kierunku opływu na wartość współczynnika oporu: Cd = 2.5 Cd = 1.8 Przepływ Przepływ Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 30
Podstawy automatyzacji okrętu 1. Wprowadzenie 33