gumrfВестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. МакароваVestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S. O. Makarova2309-51802500-0551ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова»10.21821/2309-5180-2026-18-2-346-357ZVFJHAgumrf-731Research ArticleАВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ПРОИЗВОДСТВАМИAUTOMATION AND CONTROL OF TECHNOLOGICAL PROCESSES AND PRODUCTIONSРазработка состава компонентов системы автоматического управления морских автономных надводных судов с учетом внешнего воздействийDevelopment of the component composition of the automatic control system for maritime autonomous surface ships under external disturbancesБуцанецА. А.ButsanetsА. А.

Артем Александрович Буцанец, кандидат технических наук, начальник отдела

отдел НТИ и ИС

198035; ул. Двинская, 5/7; Санкт-Петербург

Artem A. Butsanets, PhD in Technical Sciences, Head of the Department

NTI and IP Department

198035; 5/7 Dvinskaya Str.; Saint Petersburg

butsanetsaa@gumrf.ruБеспаловА. П.BespalovA. P.

Александр Павлович Беспалов, аспирант

198035; ул. Двинская, 5/7; Санкт-Петербург

Aleksandr P. Bespalov, postgraduate student

198035; 5/7 Dvinskaya Str.; Saint Petersburg

bespalovap@gumrf.ruЖидковаА. М.ZhidkovaA. M.

Анастасия Михайловна Жидкова, руководитель проектов

196158; Московское шоссе, 44; Санкт-Петербург

Anastasia M. Zhidkova, project manager

196158; 44, Moskovskoe shosse; Saint Petersburg

a_zhidkova@ksrc.ruФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»РоссияAdmiral Makarov State University of Maritime and Inland ShippingRussian FederationФГУП «Крыловский государственный научный центр»РоссияKrylov State Research CenterRussian Federation202628052026182346357Copyright © Буцанец А.А., Беспалов А.П., Жидкова А.М., 20262026Буцанец А.А., Беспалов А.П., Жидкова А.М.Butsanets А.А., Bespalov A.P., Zhidkova A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.gumrf.ru/jour/article/view/731

   Темой исследования является разработка состава компонентов и структуры системы автоматического управления морских автономных надводных судов с учетом внешних возмущений.

   Выполнен обзор актуальной научной литературы по системам управления автономными судами, включая отечественные и зарубежные исследования. Рассмотрены классические законы регулирования курса судна пропорциональным, пропорционально-дифференциальным и пропорционально-интегрально-дифференциальными методами с дополнениями, учитывающими внешние воздействия. Предложена модернизация трехуровневой иерархической структуры системы автоматического управления, состоящей из нижнего уровня первичной информации (датчики), среднего уровня обработки данных и верхнего уровня управления и контроля. Предложен принцип циклической оценки среднего значения внешнего возмущения и модифицированный пропорционально-дифференциальный закон управления рулевым приводом с дополнительной коррекцией по углам крена, дифферента и опережающей компенсацией внешних воздействий. Приведены обоснования того, что предлагаемые решения позволяют компенсировать влияние волнения, ветра и течений, повысить точность удержания заданного курса и надежность автоматического управления в сложных гидрометеорологических условиях. Отмечается, что предложенная структура обладает масштабируемостью, открытостью к модернизации и удобством интеграции с внешними системами: системой управления движением судов, автоматической системой управления движением судна и др. Дополнительный контроль параметров мореходности (периоды рыскания, бортовой и килевой качки) реализован без увеличения количества датчиков. Результаты работы могут быть использованы при проектировании систем автономного судовождения, а также способствуют повышению безопасности судоходства.

   The study focuses on the development of the component composition and structure of the automatic control system for Maritime Autonomous Surface Ships (MASS) under external disturbances.

   A review of relevant scientific literature on autonomous ship control systems, including both Russian and international studies, was carried out. Classical ship heading control laws based on proportional, proportional-derivative, and proportional-integral-derivative methods were considered together with additional provisions accounting for external influences. A modernized three-level hierarchical structure of the automatic control system is proposed, comprising the lower level of primary information acquisition (sensors), the middle level of data processing, and the upper level of control and monitoring. A principle of cyclic estimation of the mean value of external disturbance and a modified proportional-derivative control law for the steering gear actuator with additional correction for roll and trim angles, as well as feedforward compensation of external influences, are proposed. It is substantiated that the proposed solutions make it possible to compensate for the effects of waves, wind, and currents, improve the accuracy of maintaining the preset course, and enhance the reliability of automatic control under adverse hydrometeorological conditions. The proposed structure is characterized by scalability, openness to further modernization, and convenient integration with external systems, including vessel traffic management systems, ship motion control systems, and related subsystems. Additional monitoring of seakeeping parameters, including yaw, roll, and pitch periods, is implemented without increasing the number of sensors. The results can be used in the design of autonomous navigation systems and contribute to improving navigation safety.

морские автономные судасистема автоматического управлениявнешние возмущениятрехуровневая структурапропорционально-дифференциальный законкоррекция возмущениястабилизация курсанавигационные датчикирулевой приводавтономное судовождениеиерархическая архитектураоценка внешних воздействийMaritime Autonomous Surface Shipsautomatic control systemexternal disturbancesthree-level structureproportional-derivative control lawdisturbance correctioncourse stabilizationnavigation sensorssteering gear actuatorautonomous navigationhierarchical architectureexternal disturbance estimationReferencesБуцанец А. А. Организация системы дистанционного управления беспилотным техническим флотом для обеспечения судоходства на внутренних водных путях : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук ; специальность: 05.22.19 «Эксплуатация водного транспорта, судовождение» / А. А. Буцанец. — Санкт-Петербург: ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адм. С. О. Макарова», 2021. — 189 с. — EDN: MFMQJR.Butsanets, A. A. Organizatsiya sistemy distantsionnogo upravleniya bespilotnym tekhnicheskim flotom dlya obespecheniya sudokhodstva na vnutrennikh vodnykh putyakh. PhD diss. St. Petersberg, 2021. EDN: MFMQJR.Михалевич И. Ф. Теоретические основы и прикладные методы обеспечения безопасности интеллектуальных систем водного транспорта : диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук ; специальность: 2.9.8. «Интеллектуальные транспортные системы» / И. Ф. Михалевич. — Москва: «Российский университет транспорта» (РУТ (МИИТ), 2024. — 568 с.Mikhalevich Igor’ Feodos’evich Teoreticheskie osnovy i prikladnye metody obespecheniya bezopasnosti intellektual’nykh sistem vodnogo transporta. Grand PhD diss. Moskva, 2024.Устинов В. В. Проблемы создания МАНС и концептуальные пути их решения на этапе технического задания и проектирования под надзором РМРС в свете Положения по классификации морских автономных и дистанционно управляемых надводных судов / В. В. Устинов // Транспортное дело России. — 2021. — № 2. — С. 147–150. — EDN: VHJXTJ. DOI: 10.52375/20728689_2021_2_147.Ustinov, V. V. “Problems of creating mans and conceptual ways to solve them at the stage of technical specifications and design under the supervision of rmrs in the light of the provisions on the classification of marine autonomous and remotely controlled surface vessels.” Transport Business in Russia 2 (2021): 147–150. EDN: VHJXTJ. DOI: 10.52375/20728689_2021_2_147.Литов Д. В. Некоторые аспекты построения структуры системы управления морского автономного и дистанционно управляемого надводного судна (МАНС) / Д. В. Литов, О. С. Хватов // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. — 2025. — № 78. — С. 35–43. — EDN: YRHQTS.Litov, D. V. and O. S. Khvatov. “Some aspects of control system structure building for maritime autonomous and remotely controlled surface ships (mass).” Research Bulletin by Russian Maritime Register of Shipping 78 (2025): 35–43. EDN: YRHQTS.Zhukov V. Monitoring systems of ship power plants during operation / V. Zhukov, A. Butsanets, S. Sherban, V. Igonin // Advances in Intelligent Systems and Computing. — 2020. — Vol. 982. — Pp. 419–428. — EDN: SLRGCX. DOI: 10.1007/978-3-030-19756-8_40.Zhukov, V., A. Butsanets, S. Sherban and V. Igonin. “Monitoring systems of ship power plants during operation.” Advances in Intelligent Systems and Computing 982 (2020): 419–428. EDN: SLRGCX. DOI: 10.1007/978-3-030-19756-8_40.Степанова В. И. Единая система мониторинга, диагностики и тестирования оборудования на МАНС: принцип реализации и возможности / В. И. Степанова, С. В. Смоленцев // Актуальные решения проблем водного транспорта : сборник материалов II Международной научно-практической конференции, Астрахань, 29 мая 2023 года. — Астрахань: Индивидуальный предприниматель Сорокин Роман Васильевич (Издатель: Сорокин Роман Васильевич), 2023. — С. 411–416. — EDN: TJXOFN.Stepanova, V. I. and S. V. Smolentsev. “Unified system for monitoring, diagnostics and testing of equipment at mass: implementation principle and opportunitiesthe.” Aktual’nye resheniya problem vodnogo transporta : sbornik materialov II Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii, Astrakhan’, 29 maya 2023 goda. Astrakhan’: Individual’nyy predprinimatel’ Sorokin Roman Vasil’evich (Izdatel’: Sorokin Roman Vasil’evich), 2023: 411–416. EDN: TJXOFN.Issa M. Maritime Autonomous Surface Ships: Problems and Challenges Facing the Regulatory Process / M. Issa, A. Ilinca, H. Ibrahim, P. Rizk // Sustainability. — 2022. — Vol. 14. — Is. 23. DOI: 10.3390/su142315630.Issa, M., A. Ilinca, H. Ibrahim and P. Rizk. “Maritime Autonomous Surface Ships: Problems and Challenges Facing the Regulatory Process.” Sustainability 14.23 (2022). DOI: 10.3390/su142315630.Брыляков А. В. Анализ особенностей дистанционного управления морским автономным надводным судном в портовых водах с использованием конвенциональных навигационных технических средств / А. В. Брыляков // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2025. — Т. 17. — № 2. — С. 195–207. — EDN: GRSFHH. DOI: 10.21821/2309-5180-2025-172-195-207.Brylyakov, A. V. “Analysis of the features of remote control of a marine autonomous surface ship in port waters using conventional navigation technical means.” Vestnik gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S. O. Makarova 17.2 (2025): 195–207. EDN: GRSFHH. DOI: 10.21821/2309-5180-2025-17-2-195-207.Волков В. В. Модели кибератак на сеть автоматической идентификационной системы / В. В. Волков, Е. О. Ольховик, Ю. С. Федосенко // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2025. — Т. 17. — № 5. — С. 641–652. — EDN: DKQYLH. DOI: 10.21821/2309-5180-2025-17-5-641-652.Volkov, V. V., E. O. Ol’khovik and Yu. S. Fedosenko. “Models of cyberattacks on the automatic identification system network.” Vestnik gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S. O. Makarova 17.5 (2025): 641–652. EDN: DKQYLH. DOI: 10.21821/2309-5180-2025-17-5-641-652.Андриевский Б. Р. Методы искусственного интеллекта в системах навигации / Б. Р. Андриевский, Н. В. Кузнецов, Е. В. Кудряшова [и др.] // Дифференциальные уравнения и процессы управления. — 2025. — № 4. — С. 94–142.Andrievskiy, B. R., et al. “Metody iskusstvennogo intellekta v sistemakh navigatsii.” Differentsial’nye uravneniya i protsessy upravleniya 4 (2025): 94–142.Смоленцев С. В. Алгоритм анализа данных автоматической идентификационной системы для выделения типовых сценариев расхождения судов и тестирования систем автономного судовождения / С. В. Смоленцев, А. А. Буцанец, С. Ф. Шахнов [и др.] // T-Comm. — 2024. — Т. 18. — № 3. — С. 50–59. — EDN: TYZNSI. DOI: 10.36724/2072-8735-2024-18-3-50-59.Smolentsev, S. V., A. A. Butsanets and S. F. Shakhnov et al. “Algorithm for analyzing the automatic identification system data to identify typical scenarios for vessel divergence and testing the systems of autonomous shipping.” T-Comm 18.3 (2024): 50–59. EDN: TYZNSI. DOI: 10.36724/2072-8735-2024-18-3-50-59.Butsanets A. Development of Technical Means for Mooring the Unmanned Vessels / A. Butsanets, E. Ol’khovik // 2019 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon) — 2019. — Pp. 1–3. DOI: 10.1109/FarEastCon.2019.8934708.Butsanets, A. and E. Ol’khovik. “Development of Technical Means for Mooring the Unmanned Vessels.” 2019 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon). — 2019: 1–3. DOI: 10.1109/FarEastCon.2019.8934708.Кудров М. А. Постановка задачи управления автономным надводным судном для внутренних водных путей / М. А. Кудров, К. Д. Бухаров, Д. Р. Махоткин, Р. С. Айвазов // Мир транспорта. — 2023. — Т. 21. — № 3(106). — С. 36–41. — EDN: RIICRB. DOI: 10.30932/1992-3252-2023-21-3-2.Kudrov, M. A., K. D. Bukharov, D. R. Makhotkin and R. S. Ayvazov. “Statement of the problem of control of an autonomous surface vessel for inland waterways.” World of Transport and Transportation 21.3(106) (2023): 36–41. EDN: RIICRB. DOI: 10.30932/1992-3252-2023-21-3-2.Karetnikov V. Simulation of Maneuvering Trials of an Unmanned or Autonomous Surface Ship on a Navigation Simulator / V. Karetnikov, E. Ol’Khovik, A. Butsanets, A. Ivanova // Proceedings of the XIII International Scientific Conference on Architecture and Construction 2020. — Springer Nature Singapore, 2021. — Pp. 146–156. — EDN: JJVLQH. DOI: 10.1007/978-981-33-6208-6_1.Karetnikov, V. and E. Ol’Khovik, A. Butsanets, A. Ivanova. “Simulation of Maneuvering Trials of an Unmanned or Autonomous Surface Ship on a Navigation Simulator.” Proceedings of the XIII International Scientific Conference on Architecture and Construction 2020. Springer Nature Singapore, 2021: 146–156. EDN: JJVLQH. DOI: 10.1007/978-981-33-6208-6_1.Скороходов Д. А. Алгоритм обеспечения безопасности навигации судов на мелководье и в стесненных акваториях / Д. А. Скороходов, В. Ю. Каминский // Морские интеллектуальные технологии. — 2025. — № 3–1(69). — С. 280–287. — EDN: XXHERJ. DOI: 10.37220/MIT.2025.69.3.047.Skorokhodov, D. A. and V. Yu. Kaminskiy. “An algorithm for ensuring the safety of navigation of vessels in shallow water and in confined waters.” Marine Intellectual Technologies 3–1(69) (2025): 280–287. EDN: XXHERJ. DOI: 10.37220/MIT.2025.69.3.047.Баранов Л. А. On trust in autonomous shipping systems of critical information infrastructure / Л. А. Баранов, И. Ф. Михалевич // T-Comm. — 2025. — Т. 19. — № 6. — С. 52–59. — EDN: MLCXNO. DOI: 10.36724/2072-8735-2025-19-6-52-59.Baranov, L. A. and I. F. Mikhalevich. “On trust in autonomous shipping systems of critical information infrastructure.” T-Comm 19.6 (2025): 52–59. EDN: MLCXNO. DOI: 10.36724/2072-8735-2025-19-6-52-59.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.