طراحی شناساگر مبتنی بر تئوری پایداری لیاپانف در تخمین ضرائب مانور شناورها

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی دریا- دانشکده مهندسی- دانشگاه خلیج فارس

2 مهندسی برق- دانشگاه خلیج فارس

چکیده

مدلسازی مانور شناورها در مراحل ابتدایی طراحی و بهره‌برداری از شناور از اهمیت فراوان برخوردار است. داشتن مدل دقیقی از مانور شناور به همراه ضرائب موجود در معادلات مانور شناورها، برای تحقیق در مورد مانور پذیری شناورها، طراحی سیستم کنترل حرکات شناور و توسعه شبیه سازهای مانور شناورها بسیار ضروری و حیاتی است. در طی سالیان اخیر مدلهای مختلفی از مانور شناورها ارائه شده که قادر هستند با تقریب مناسبی کیفیت مانور شناور را تبیین نمایند. لیکن تحقیقات در زمینه محاسبه ضرائب مانور اندک بوده و همچنان شبیه‌سازی مانور شناور با استفاده از مدلهای ریاضی حد توسعه‌یافتگی مناسبی ندارد. تئوری پایداری لیاپانف می‌تواند برای بیان کردن مدل ریاضی مانور شناورها به وسیله‌ی سیستم داده‌های ورودی و داده‌های خروجی مورد استفاده قرار گیرد. در این مقاله ضرائب مانور یک شناور جابجایی بررسی شده است و با استفاده از روش تئوری پایداری لیاپانف، ضرائب مانور آن استخراج گردیده و مانور دور زدن شناور شبیه سازی شده است. نتایج حاصل از روش تئوری پایداری لیاپانف با ضرائب مانور سویتسکی مقایسه شده است و دقت روش تئوری پایداری لیاپانف در تخمین ضرائب مانور شناورها بررسی شده است. بدیهی است چنین مدلی علاوه بر تاثیری که می‌تواند در طراحی بهینه شناور داشته باشد، می‌تواند ابزار مناسبی برای توسعه روش‌های کنترلی و هدایت شناور نیز باشد.

تازه های تحقیق

 

کلیدواژه‌ها


 

[1] Araki, M., Sadat-Hosseini, H., Sanada, Y., Tanimoto, K., Umeda, N., and Stern, F., “Estimating maneuvering coefficients using system identification methods with experimental, system-based, and CFD free-running trial data,” Ocean Engineering, Vol. 51, 2012, pp. 63–84.

[2] Li, Y., “Simulation of ship maneuvering & course keeping with escort tugs,” University of British Columbia, 2009.

[3] ITTC Recommended procedures & guidelines, Free running model test procedure, 2005.

[4] Ueno, M., Yoshimura, Y., Tsukada, Y., and Miyazaki, H., “Circular motion tests and uncertainty analysis for ship maneuverability,” J Mar Sci Technol, _ JASNAOE, 2009.

[5] Yoshimura, Y., and Masumoto, Y., “Hydrodynamic database and maneuvering prediction method with medium high-speed merchant ships and fishing vessels,” Journal of the Society of Naval Architects and Marine Engineers, Vol. 14, Dec. 2011.

[6] Milanovl, E., Chotukova1, V., Efremov1, D., and Stern, F., “Systematic experimental investigation of maneuvering characteristics of free running delft catamaran in still water and regular waves,” 30th Symposium on Naval Hydrodynamics Hobart, Tasmania, Australia, Nov. 2014, pp. 2-7.

[7] Kring, D. C., Parish, M. K., Milewski, W. M., and Connell, B. S. H., “Simulation of maneuvering in waves for a high-speed surface effect ship,” 11th International Conference on Fast Sea Transportation FAST 2011, Honolulu, Hawaii, USA, Sep. 2011.

[8] Chuang, Z., “Experimental and numerical investigation of speed loss due to seakeeping and maneuvering,” Doctoral theses at NTNU, 2013.

[9] Abkowitz, M. A., “Lecture of ship hydrodynamics-steering and maneuver- ability,”  Hydro and Aerodynamic Laboratory, Report No. Hy-5, 1964.

[10] Christensen, A., and Blanke, M., “A linearized state-space model in steering and roll of high-Speed container ship,” Technical Report 86-D-574, Servo laboratory, Technical University of Denmark, 1986.

[11] Ross, A., Perez, T., and Fossen, T., “A novel maneuvering model based on low- aspect-ratio lift theory and lagrangian mechanics,” In: Proceedings of the IFAC Conference on Control Applications in Marine System (CAMS), 2007.

[12] Ogawa, A., Kasai, H., “The mathematical model of maneuvering motion of ship,” ISP 25, No. 292, 1978. pp. 306–319.

[13] Stern, F., Agdrup, K., Kim, S. Y., Hochbaum, A. C., Rhee, K. P., Quadvlieg, F., Perdon, P.,  Hino, T., Broglia, R., and Gorski, J., “Experience from 2008, the first workshop on verification and validation of ship maneuvering simulation methods,” J. Ship Res., Vol. 55, No. 2, 2011, pp. 135–147.

[14] Shi, C., et al, “Collaboration to enhance development and application of ship handling simulators,” in 12th IAIN World Congress / 2006 Internatioan symposium on GPS/GNSS. Jeju, Korea, 2006, pp. 459-464.

[15] Li, D., “Ship motion and modeling,” Harbin University Publication, Harbin, 1999.

[16] Lewis, F. L., “Optimal estimation with an introduction to stochastic control theory,” John Wiley & Sons, Inc., 1986.

[17] Kalman, R. E., “A new approach to linear filtering and prediction problems,” Transactions of the ASME-Journal of Basic Engineering, 82 (D), 1960, pp. 35-45.

[18] Farina A. et al, “Tracking a ballistic target: Comparison of several nonlinear filters,” IEEE Transactions on Aero-space and Electronic Systems, Vol. 38, No. 3, 2002, pp. 854-867.

[19] Abkowitz, M. A., “Measurement of hydrodynamic characteristics from ship maneuvering trials by system identification,” Advance copy of paper. In: Proceedings of the Annual Meeting of SNAM, 1980.

[20] Rhee, K. P., and Kim, K., “A new sea trial method for estimating hydrodynamic derivatives,” Ship Ocean Technol., Vol. 3, No. 3, 1999, pp. 25–44.

[21] Zhang, X. G., and Zou, Z. J., “Identification of Abkowitz model for ship maneuvering motion using epsilon-support vector regression,” J. Hydrodyn., Ser. B 23, Vol. 3, 2011, pp. 353–360.

[22] Shi, C., Zhao, D., Peng, J., and Shen, C., “Identification of ship maneuvering model using extended Kalman filtering,” Int. J. Mar. Navigat. Safe. Sea Transport., Vol. 3, No. 1, 2009, pp. 105–110.

[23] Lewandowski, E. M., “The dynamics of marine craft: maneuvering and seakeeping,” Advanced Series on Ocean Engineering, Vol. 22, Copyright 0 2004 by World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.

[24] Shi, C., Zhao, D., Peng, J., and Shen, C., “Identification of ship maneuvering model using extended Kalman filters,” Trans. on International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation, Vol. 3, No. 1, 2009.