Politechnika Gdańska Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa St. inż. I stopnia, sem. IV, Transport Automatyzacja statku 1 WPROWADZENIE M. H. Ghaemi Luty 2015 Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 1
Kierunek: Transport Semestr 2-2014/1515 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, Jezry; 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: 2 pisemne sprawdziany (kolokwia): każdy po 50 pkt. / końcowe kolokwium po 100 pkt. Obecność oraz aktywność: 5 pkt. Suma: 105 pkt. Ocena = 'suma pkt.'/20, przy minimum: 56 pkt. Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 2
Terminy: Sesja Termin Podst., kolok. I 24.04.2015 r., sala 409, godz. 10.15 Podst., kolok. II 18.06.2015 r., sala 409, godz. 14.00 Podstawowa 23.06.2015 2015 r., sala 213, godz. 14.00 Poprawkowa 10.09.2015 r., sala 213, godz. 14.00 Konsultacje: Wtorki i czwartki: 12:00-13:00 pok. 222A, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa PG e-mail: ghaemi@pg.gda.pl Tel.: 58 348 6053 Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 3
Zakres przedmiotu 1. Wprowadzenie 2. Ekonomia automatyzacji okrętu 3. Model matematyczny ruchu statku 4. Zakłócenia ruchu statku 5. Stateczność t ruchu statku tk 6. Sterowanie kursu statku 7. Sterowanie trajektorii statku 8. Układ stabilizacji kołysań bocznych statku 9. Sterowanie prędkości liniowej statku Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 4
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 Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 5
Powiązane elementy Sterowanie Nawigacja Monitorowanie Rejestracja, filtracja, zapisywanie, analiza oraz zarządzanie danych Komunikacja Alarmy Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 6
Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 7
RAdio Detectioni Andd Rangingi Automatic Radar Plotting Aid Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 8
Schemat strukturalny zintegrowanego układu nawigacyjnego statku Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 9
Modelowanie ruchu statku Parametry projektowe statku tk Zakłócenia Synteza układu sterowania Wymagania i zalecenia Ograniczenia Analiza układu sterowania Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 10
Przykłady uzasadniające zastosowania okrętowych układów sterowania Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 11
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 py trajektorii stabilizacja kołysań bocznych Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 12
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.) Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 13
Zadanie optymalizacyjne ruchu statku: min n, ψ J ( z, u ) min n, ψ J = J ( z, u) = min n, ψ min J ( z, u) + n n min ψ J ψ ( 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). Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 14
1.2 Struktura układu sterowania ruchu statku d OPTYM MALIZACJA A STER ROWANIA ( min J min J ) min + J n min J ( z, u) min ( z, u) nz n J ψ ψ z J ψ Rn Rψ IE NIE TEROWANI ZPOŚREDN ST BEZ M S δ n h ψ S z Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 15
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 położenie niestycznym do trajektorii ruchu statku, 3. Dodatkowy opór wywołany wychyleniem steru. Procedura optymalizacji sterowani ruchu statku: 1. Określenie charakterystyk t k statycznych t i dynamicznych statku tk (modelu matematycznego obiektu sterowania), 2. Informacje dot. zakłócenia 3. Znajomość ograniczenia 4. Dobór struktury i nastawień regulatora kursu oraz regulatora napędu 5. Określenie algorytmów sterowania i doboru urządzeń do ich wykonania Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 16
Automatyzacja statku 1. Wprowadzenie 17